技術專題|新源動力新一代膜電極技術，引領氫燃料電池新風尚！

4月22日

第54個世界地球日

地球是我們目前所知的唯一家園，守護地球是人類的責任。氫能是實現綠色、清潔能源高效利用的終極能源，以氫燃料電池為代表的產業化應用，將推動氫能歷史洪流駛向未來。

4月22日世界地球日，新源動力發布新一代燃料電池膜電極技術，我們再次用技術為地球發聲，用綠色能源驅動未來，守護地球家園！

膜電極，一個決定燃料電池性能、成本、壽命的關鍵部件，為系統、電堆產品保駕護航。自2001年以來，新源動力在膜電極領域勇于探索、潛心深耕，技術指標位居國內前列，相關產品已應用于乘用車、公交車、重卡、發電等領域，并受到用戶認可。

膜電極的高性能和低Pt載量是實現燃料電池商業化應用的技術基礎。優化催化劑三相界面與催化層微觀孔結構，降低氣體傳輸阻力，改善催化層與擴散層界面接觸是提升低Pt膜電極性能的重點研究方向。催化劑三相界面以及催化層孔結構與催化劑漿料的分散方式息息相關，現今，催化劑漿料分散方式大都通過高速剪切、超聲、球磨的方式進行，通常為一次成型。新源動力自主開發了多層次漿料分散工藝，使離聚物在催化劑表面分布更為均勻，構建了高效有序質子傳輸路徑。另外，多層次分散方法也使得催化層形成了由微孔、介孔、大孔構成的多級有序氧傳輸通道，大幅降低了氧傳質阻力。另一方面，新源動力通過調控微孔層漿料配方，使得微孔層孔結構具備一定連通性，降低了擴散層氣體傳質阻力；針對改善催化層與擴散層界面接觸這一科學問題，通過優化微孔層成型方式，使其表面粗糙度大幅降低，減小了微孔層與催化層間接觸電阻。以上技術路徑的實施，使得膜電極在Pt載量降低40%條件下，功率密度由上一代1.2W/cm²提升至1.62W/cm²。 

新源動力膜電極產品極化曲線

膜電極的高可靠性與長壽命是實現燃料電池長時間穩定運行的基本條件。保障膜電極結構穩定、降低電極活性衰減是亟待解決的重要技術難題。例如，質子交換膜（PEM）是膜電極核心材料之一，其失效將引發膜電極不可逆衰減，甚至會帶來安全性問題。PEM的衰減主要分為機械衰減與化學衰減，機械衰減主要是指膜電極在電堆裝配、水氣沖刷等作用下，發生局部應力集中以及應力交替等行為，導致膜產生蠕變、裂紋、針孔等一系列破壞。化學衰減主要是指膜電極在運行過程中在催化劑表面逐漸形成了HO·與HOO·自由基，這些自由基攻擊全氟磺酸薄弱基團而引發的膜材料降解。現今，質子交換膜薄膜化應用從成本與性能上來說，已成為未來的發展方向，然而，薄膜的應用對膜電極的可靠性和耐久性帶來了巨大挑戰。對此，新源動力通過高效抗氧化膜電極開發、抗壓膜電極結構設計、電堆與膜電極高精度裝配工藝開發以及從系統氫空側壓差精準控制技術應用等多種手段，實現了在膜厚度降低60%的情況下，膜電極保持了同等的耐久性水平（加速膜電極機械化學耐久性考核>1500h）。

薄膜膜電極機械化學加速耐久性測試數據

在催化層耐久性提升方面，新源動力通過離聚物的定向引入，實現了離聚物與催化劑表面有序高效分布，減少了Pt流失，削弱Pt顆粒之間的遷移，大幅提升了膜電極耐久性。通過車載動態工況下實測7400h的結果表明，電堆電極極化性能衰減3.19%，在行業內處于領先水平。

膜電極電堆耐久性實測數據

膜電極的高一致性批量生產是實現燃料電池產品大規模推廣的有力保障。近年來，新源動力在進行膜電極產品開發的同時也實現了批量制備工藝迭代升級。目前，采用卷對卷雙斑直涂工藝，涂布速度可達5m/min，CCM年產能≥30萬m²，涂布載量公差＜3%，良品率＞99%。智能化膜電極壓合產線可實現卷對卷連續生產，MEA成型速度可實現≥12片/min，設備自動化程度與集成度高，具有高穩定性，膜電極年產能≥400萬片。膜電極智能化產線集成了多項在線檢測技術、MES系統智能化控制方法，通過膜電極產品在電堆運行數據可以看出，膜電極表現出較高的一致性。

CCM涂布量產線的設備

MEA成型量產線的設備

膜電極產品在電堆中的一致性數據

目前，新源動力已聯合國內優質的催化劑、擴散層、質子交換膜、密封等關鍵材料供應鏈伙伴，開發了基于國產材料的膜電極產品，破除“卡脖子”難題，將為燃料電池產業鏈的安全性保駕護航。