“质子交换膜的化学分解和机械疲劳损伤、催化剂降解/碳支持体的氧化和腐蚀、金属双极板的氧化和腐蚀是当前影响汽车燃料电池寿命的主要难题。针对电堆降解的主要因素和检测结果，天能氢电开发出了包含物理的和化学的综合降解因素短堆AST（Accelerated Stress Test，加速应力试验）循环方案，从而对比得到更优良的电堆设计。” 天能氢电首席氢能技术专家徐淳川博士在2022高工氢电年会上演讲时表示。
更高效率、更长寿命及更低成本是当前燃料电池发展的终极目标。天能氢电依托天能集团在绿色能源系统解决方案领域三十多年的创新发展经验，正深入研究和解决关键材料失效，影响燃料电池寿命的主要难题。
针对质子交换膜的化学分解及机械疲劳损伤方面，由于其主要材质是全氟磺酸树脂，骨架是四氟乙烯，在工作的时候有大量的双氧水产生，因为有催化剂，在变化的时候会导双氧水分解变成自由基，自由基有强烈的腐蚀作用，就像一把剪刀会把磺酸基氟的连接剪断析出氟离子。
“我们通过多次的实验分析，这个氟离子的降解导致膜的破损，膜因水合状态而循环膨胀收缩引起机械应力，化学分解与机械应力的结合加速了膜裂纹的形成，造成了质子交换膜的失效。”徐淳川解释道。
催化剂降解/碳支持体的氧化和腐蚀方面，正常工作的阴极和阳极是氢气在阳极空气在阴极，还原反应发生在阴极，燃料电池在停机以后，氢气和空气两边会互相的扩散，如果有空气在阳极，启动的时候，空气进来本身就在阳极形成了一个差，如果空气仍然在阴极电位会提高高于OCV的情况1.2V以上，这个对催化剂的腐蚀和碳腐蚀严重，催化剂也会降解，这个就比较严重的破坏催化层。
金属双极板的氧化和腐蚀方面，主要来源于应力腐蚀，以及化学腐蚀与电化学腐蚀。应力腐蚀是指在冲压生产过程中，导致的应力集中，从而产生位错、空位、晶界等；化学腐蚀与电化学腐蚀主要有缝隙腐蚀与点腐蚀，主要发生场所是表面的颗粒、附着物、夹杂物及金属间化合物。
面对上述问题，当前在电堆开发中主要从新材料的开发、保护性添加剂和防腐导电涂层、优化结构设计和提高电堆的动态精确控制等解决方案进行优化。
天能氢电针对多次实验分析，得到的电堆主要失效模式，降解因素和检测，可以看到失效最严重的原因是由于膜的破损，其次是催化剂，以及催化剂的支持体是控制因素导致降解的最主要的因素。
“为此我们设计一种比较好的检查电堆寿命的测试方法——包含物理的和化学的综合降解因素短堆AST循环方案，这个方法不是预测电堆寿命，而是比较在不同的设计和材料的情况下，哪一种电堆寿命更长一些，通过这样的测试我们可以比较选出比较优良的设计方案。”徐淳川表示。
本着对技术的极致追究和一丝不苟的研发态度，天能氢电在氢能行业已经经过了5年的发展，现已联合国内多家主流车企开发了多款各领域应用的氢燃料电池发动机系统，拥有T60（60kW）、T80（80kW）、T120（120kW）等多种型号的燃料电池系统，电压范畴380C-750V，运行环境温度-30℃-50℃，设计寿命15000h，具有耐用、耐低温、高安全等级等优势，可应用于客车及重卡等场景。
天能氢电拥有全套氢燃料电池电堆、原材料试验、检测设备，引进日本、美国的氢燃料电池领军人才与技术，目前已突破多项关键核心材料及电堆的核心技术，获得专利30余项，并形成双极板液态水分布、电流密度分布、流场气体阻力、发热分布、电池的IV特性等一套迭代设计流程；开发试制铂碳催化剂超过国内市场领先水平。
接下来，天能氢电将以电堆为核心，提升系统性价比；以系统为抓手，推动自产电堆商业化应用。
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