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为解决 PEMFCs 中 MEA 在 HDV 条件下的降解问题，研究人员开展耐久性研究，揭示多种组件降解机制。
### 宏观视角
聚合物电解质膜燃料电池（PEMFCs）被广泛认为是电动汽车，尤其是重型车辆（HDVs）最具前景的电源。对燃料电池中膜电极组件（MEA）进行超长耐久性研究，对于 PEMFCs 在卡车、火车、船舶和飞机等重型车辆中的应用至关重要。PEMFCs 在这些领域的成功应用，对减少碳排放、减缓或阻止全球变暖意义重大 。这项耐久性研究为开发用于能量转换和存储（即燃料电池和电池）、制氢（即水电解）以及其他应用（即碱性工业）的超稳定 MEA 和 PEMFCs 开辟了新途径。该研究表明，在深入理解所面临挑战的基础上，从相关组件（包括铂族金属（PGM）催化剂纳米颗粒、催化剂载体、催化剂层结构、聚合物电解质膜以及催化剂层内的离聚物网络）稳定性的基本原理出发解决问题，能够依据性能、结构和表现之间的关系，指导超稳定 MEA 的设计和构建工程，这是应对当下复杂挑战的创新方法。PEMFCs 是清洁能源和应对气候变化的终极解决方案。
研究亮点
- PGM 催化剂降解在 HDV 条件下主导 MEA 性能损失。
- Pt 纳米颗粒的降解由奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）和表面迁移驱动。
- 载体腐蚀改变表面性质，影响 MEA 在不同湿度下的性能。
- 离聚物薄膜在生命周期内通过重组发生降解。
研究总结
聚合物电解质膜燃料电池（PEMFCs）因其清洁性和高效性，是重型车辆（HDVs）有前景的电源。然而，MEA 在 HDV 条件下的降解仍是巨大挑战。本研究采用美国能源部标准加速应力测试，对 MEA 在 HDV 条件下的耐久性进行了 180,000 次循环（相当于重型车辆行驶 100 万英里）的测试。使用自制的 30% Pt/C（H-Pt/C）和商用 46% Pt/C（C-Pt/C）催化剂，研究了催化剂 Pt 含量对 MEA 耐久性的影响。在循环过程中，两种 MEA 在 H2/ 空气和 H2/O2环境下均出现性能损失。通过扫描透射电子显微镜、X 射线衍射、电感耦合等离子体质谱和压汞法分析发现，Pt 纳米颗粒（NPs）、载体结构和催化剂层严重降解。研究提出 NPs 的两个降解阶段：最初 60,000 次循环以奥斯特瓦尔德熟化为主，随后是奥斯特瓦尔德熟化和颗粒迁移共同作用。离子色谱、高频电阻和氧扩散电阻测量结果分别揭示了膜和离聚物的降解情况。
