膜電極是燃料電池的"心臟"，其耐久表現直接決定了燃料電池商用車能否真正跑贏"全生命周期成本"。近日，氫晨科技在膜電極耐久性驗證上取得階段性進展——旗下擎動科技自主研發的HPM-H212膜電極，搭載于氫晨科技H3-170kW燃料電池堆，完成了中汽氫能2000小時“氫能馬拉松”耐久測試。

中汽氫能的2000小時動態循環驗證，考察電堆在反復變工況下的長期性能保持。測試高頻復現車輛怠速、加減速和巡航等運行狀態，并將參考電流點電壓衰減不超過3%作為電堆驗證要求。HPM-H212在本次驗證中，基準電流點、制造商參考電流點、額定電流點的電壓衰減幅度均不超過 3%——為產品耐久性提供了可量化、可核驗的第三方評價依據。

在保持低成本（總鉑載量0.35mg/cm2）和高性能（0.65V，2.5 A/cm2）的同時，HPM-H212展示了優異的耐久表現，催化劑活性和膜電極性能衰減極少。

模型預測壽命長達25000小時

基于此次耐久驗證數據，根據膜電極壽命預測模型，HPM-H212膜電極的壽命預期可達25000小時（10%衰減）。此模型以催化劑電化學活性面積ECSA保留率作為核心評判依據。通過對比膜電極在單電池加速老化條件和電堆實際運行條件下的衰減規律，在設定相同 ECSA 失效終點的基礎上，對實際運行時間做等效換算。

擬合衰退常數

令S=ECSA/ECSA?（ECSA?為初始活性面積），Smin為保留率下限。模型采用帶下限的指數衰減函數進行線性化處理，所得Y—t直線的斜率即為衰退常數k——k越小，衰退越慢。

S(t)=Smin+(1?Smin)×exp(?kt)

Y =?ln[(S?Smin)/(1?Smin)]=kt

計算加速因子

模擬數據擬合得到，單電池kcell=4.406×10?3h?1，電堆kstack=1.753×10??h?1，加速因子AF=kcell/kstack≈25.1。在相同ECSA狀態下，模型中的單電池加速衰退速率約為電堆工況的25.1倍。

換算總壽命與剩余壽命

設共同ECSA壽命終點對應Yend，則tend=Yend/k。按模型設定的終點，膜電極在單電池加速工況下約1000小時到達終點，對應其在所設電堆工況下的預測總壽命約25000小時。

圖1｜膜電極在相同ECSA壽命終點下的壽命預測。曲線為模擬數據擬合的線性化關系

?? 膜電極壽命與電堆及運行條件密切相關。電堆設計、運行工況和測試條件對膜電極壽命有極大影響，同一款膜電極在不同電堆中的壽命可能存在較大差異。上述約25000小時的預測對應本文模型設定的工況、條件及ECSA壽命終點，實際應用壽命需結合具體電堆與工況評估。

解密HPM?H212膜電極：

面向長壽命的底層材料設計

HPM?H212膜電極配套擎動完全自主研發、自主生產的HPEC?212型催化劑。擎動科技從碳載體微觀構型與鉑納米顆粒精準調控兩大維度出發，圍繞“活性長效保持、反應物質高效傳質、薄膜保護”三大方向開展多維度協同設計，并依托精密制造工藝，嚴控大批量產品一致性。

高石墨化抗腐蝕載體，淺介孔結構優化傳質效率

HPEC-212將高石墨化碳骨架與淺介孔結構結合。高石墨化增強碳載體的抗電化學腐蝕能力，有助于減緩骨架損傷及其引發的鉑顆粒失穩；淺介孔縮短反應物進入路徑，提高孔內活性位點的可達性。兩者協同，兼顧結構穩定與反應效率。

圖2｜高石墨化碳骨架與淺介孔設計。原理示意，非實測尺度

孔徑分布用于表征載體的孔徑范圍，XRD譜圖用于分析碳骨架的有序結構。兩項表征共同展示了載體的結構特征。

圖3｜碳載體的孔徑分布與XRD表征

孔內空間限域效應，構筑鉑基活性長效保護機制

在載體結構設計的基礎上，通過合成工藝調控鉑顆粒的位置與粒徑分布。孔內擔載有助于減少離聚物與鉑位點的直接接觸，孔壁限域有助于抑制鉑遷移和顆粒長大，從而減緩活性面積損失。

圖4｜孔內擔載與限域原理示意，非實測尺度

在HPM-H212的單電池催化劑加速耐久測試中（10萬次循環后），0.8A/cm2工作點電壓降低6mV，ECSA降低3.92%；進口耐久催化劑對照分別降低23mV和約14.99%。對比試驗充分證實HPM-H212在工作電壓、催化活性面積維持層面具備顯著技術優勢。

圖5｜單電池催化劑加速測試：H2/N2，80℃，100% RH；0.6—0.95V、3s方波

本次馬拉松測試中，在0.1A/cm2 低電流密度下，測試前后單片電壓由約840mV微降至836mV，電壓波動僅4mV，該微弱電壓變化直觀印證催化劑催化活性維持優異，同時為催化劑電化學活性面積（ECSA）損失較小提供間接佐證。

圖6｜2000小時馬拉松耐久測試0.1A/cm2工作點的電壓變化

構建均勻分散傳質網絡，最大化催化位點利用效率

催化劑本征活性的長效發揮，離不開質子、氧氣向反應活性位點的高效輸運。擎動通過調控漿料溶劑體系與分散工藝，優化離聚物分布與覆蓋，構建連續的質子傳導網絡，并降低氧傳輸阻力。

圖7｜離聚物分布與傳輸通道設計。原理示意，非實測尺度

以HPM-H212為試驗樣品的催化層對比測試顯示，相較所測競品，質子電導提升25%，氧傳輸阻力降低約10%。充分驗證催化層傳質體系優化對膜電極綜合性能的增益效果。

圖8｜催化層傳輸對比。試驗樣品：HPM-H212；對照：競品

催化層?質子膜協同防護，強化薄質子膜化學耐久性能

薄質子膜能夠縮短質子傳導路徑、降低歐姆阻力，其長期性能保持也依賴化學穩定性。擎動通過催化層協同優化，減輕自由基對質子膜的化學攻擊，兼顧低阻輸出與薄膜耐久。

圖9｜催化層與質子膜協同保護原理示意，非實測尺度

在90℃、30%RH的OCV加速測試中，優化前樣品在213小時的開路電壓為0.750V、氫滲透電流密度為18.358mA/cm2；優化后樣品運行至910小時，開路電壓仍為0.813V，氫滲透電流密度為15.388mA/cm2。電壓與氫滲透的演變共同反映了化學耐久的改善。

圖10｜OCV與氫滲透測試。面積50 cm2，A/C出口壓力50/50kPa，流量0.7/1.7slpm，90℃，30%/30%RH

高端精密制造體系，保障批量產品性能一致性

膜電極的性能與耐久，也需要穩定的制造過程支撐。從自研自產HPEC-212催化劑，到漿料分散、CCM涂布和MEA封裝，擎動科技以自主制造體系銜接材料設計與批量生產。

精密涂布，控制涂層波動。高精度雙面間歇式直涂，實現厚度偏差小于1μm、活性組分波動小于1%；在線X射線載量檢測進一步支持過程控制，提升膜電極批量一致性。

自動封裝，在線全檢。自動封裝配合尺寸、厚度和漏氣率在線全檢，將過程控制與成品檢測貫通，為批量交付提供質量保障。

圖11｜擎動膜電極制造流程、產線與關鍵過程控制指標

【總結】

2000小時電堆馬拉松驗證，為HPM-H212膜電極的耐久表現提供了裝堆實測依據。從自研自產HPEC-212催化劑，到催化層與質子膜的協同設計，再到精密涂布、自動封裝與在線全檢，擎動科技將材料創新與制造控制貫通，兼顧活性保持、傳輸效率和批量一致性。約25000小時的膜電極壽命預測，則為給定模型與工況條件下的長期應用評估提供參考。以材料設計夯實耐久基礎，以精密制造保障產品一致性，以電堆驗證檢驗實際表現——這就是氫晨科技在膜電極-電堆-應用工程全鏈路上的一次答卷。