综述：提升耐久性：燃料电池电动汽车发展综述

这篇综述系统评述了燃料电池电动汽车（FCEV）耐久性提升的最新研究进展，聚焦组件创新（如催化剂层、双极板）、技术控制策略（能量/热管理）、测试优化（加速/冷启动测试）及寿命预测（参数建模、实时监测），为可持续交通转型提供了理论框架与技术路径。

　　

引言

交通运输领域占全球能源消耗的37%，传统燃油车引发的环境问题促使行业转向可再生能源。燃料电池电动汽车（FCEV）以氢能为燃料，仅排放水，兼具高能量密度（约300 W·h/kg）和快速加注优势，成为中重型车辆的长途解决方案。然而，其商业化面临耐久性不足、成本高昂等挑战。本文从材料革新、系统控制、测试方法及预测模型四维度，剖析FCEV耐久性提升路径。

组件创新

催化剂层（CL）

Pt基合金催化剂仍是短期首选，但PtCo易发生过渡金属溶出，优化粒径（2-4 nm）和低Co含量（10%）可提升稳定性。掺杂策略中，F掺杂碳材料比N掺杂更具抗氧化性，能耐受启停工况的高电位腐蚀。

双极板（BPP）

金属BPP占堆栈体积70-90%，但涂层易降解。丰田Mirai采用多孔介质流场设计，增强反应物传输。波状交指流场使功率密度较传统蛇形流场提升14.2%，而鱼骨脊槽流场电流密度增加28.78%。

质子交换膜（PEM）

超薄增强膜（7-10 μm）可耐受2万次干湿循环。添加硅钨酸功能化聚合物使化学耐久性超800小时，而金属有机框架（MOF）修饰膜可降低磷酸流失率。

技术控制策略

能量管理

深度强化学习算法将电池寿命延长3.1%，而等效消耗最小化策略（ECMS）在重卡中降低总成本1.94%。动态规划结合模糊逻辑控制使燃料电池退化成本减少125%。

冷启动优化

-30℃启动需依赖电堆自热，预加热策略可缩短启动时间。金属泡沫流场在0.3 V恒压模式下表现优于蛇形流场，变电流模式通过调节产热速率提升冷启能力。

测试与预测

加速应力测试（AST）

模拟实际驾驶循环（如WLTC）的AST显示，70%湿度下电压衰减达247 μV/h，主要源于Pt团聚和碳载体腐蚀。启停循环中，限制单电池电压≤0.9 V可延长寿命至15年/20万公里。

寿命预测

时序卷积网络（TCN）的剩余使用寿命（RUL）预测精度达92.2%，较传统模型提升7.76%。厚度-极化模型通过膜厚度变化实时估算健康状态，准确率超94.4%。

未来展望

需突破低成本PGM-free催化剂、数字化制造工艺及氢能基础设施瓶颈。政府政策支持（如加氢站补贴、购车激励）和跨学科协作（多尺度材料设计、AI驱动的热管理）将是推动FCEV普及的关键。