图表18.PEMFC关键材料的失效模式及解决方案 原图定位 延长使用寿命、降本、提升功率密度为 PEM 燃料电池技术主要发展方向 优化工艺或将改善燃料电池使用寿命 商用车对燃料电池寿命要求较高,国产燃料电池寿命仍有提升空间:燃料电池使用寿命指的是电堆由最大功率下降至额定功率的 90%所运行的时间,电堆额定功率下降会对燃料电池正常运行造成影响。根据衣宝廉等《氢燃料电池》数据,轿车用燃料电池系统对寿命一般要求为 5000 小时以上;由于商用车、固定电站连续运行时间较长,一般要求燃料电池系统寿命分别在 2 万、4 万小时以上。国产燃料电池寿命已达到较高水平,但距离海外仍有一定差距。根据中国汽车工程学会,2022 年我国石墨双极板电堆寿命已可达到 1.5-1.8 万小时,但海外部分燃料电池寿命已可达到 2.5 万小时。 质子交换膜降解、催化剂腐蚀是导致燃料电池电堆衰减的常见原因,优化工艺或提升燃料电池寿命:质子交换膜化学降解、热降解、机械降解等方式都会导致质子交换膜快速失效;催化剂载体腐蚀会导致铂颗粒脱落流失,从而导致催化剂电化学活性面积快速衰减。催化剂腐蚀、质子交换膜应力破损会导致燃料电池效率快速衰减;质子交换膜的化学降解、催化剂的溶解沉积老化所导致的效率衰减则较为缓慢。燃料电池寿命已经过多次改进,根据衣宝廉等《氢燃料电池》,截至 2020 年,燃料电池通过三次迭代已将寿命由 700 小时提升至 6000 小时并以 1 万小时寿命作为研发目标,该目标已于 2022 年阶段性达成。雄韬氢瑞生产的石墨板电堆的寿命已达到 1.5 万小时,并以 2 万小时寿命为目标。后续或将通过优化工艺进一步提升燃料电池寿命,具体方案包括提升燃料电池气密性,防止在电极上产生氧气/氢气混合界面、提升燃料电池操作控制,保持阴极、阳极供气速率保持平衡等。