“質子交換膜的化學分解和機械疲勞損傷、催化劑降解/碳支持體的氧化和腐蝕、金屬雙極板的氧化和腐蝕是當前影響汽車燃料電池壽命的主要難題。針對電堆降解的主要因素和檢測結果，天能氫電開發出了包含物理的和化學的綜合降解因素短堆AST（Accelerated Stress Test，加速應力試驗）循環方案，從而對比得到更優良的電堆設計。” 天能氫電首席氫能技術專家徐淳川博士在2022高工氫電年會上演講時表示。
更高效率、更長壽命及更低成本是當前燃料電池發展的終極目標。天能氫電依托天能集團在綠色能源系統解決方案領域三十多年的創新發展經驗，正深入研究和解決關鍵材料失效，影響燃料電池壽命的主要難題。
針對質子交換膜的化學分解及機械疲勞損傷方面，由于其主要材質是全氟磺酸樹脂，骨架是四氟乙烯，在工作的時候有大量的雙氧水產生，因為有催化劑，在變化的時候會導雙氧水分解變成自由基，自由基有強烈的腐蝕作用，就像一把剪刀會把磺酸基氟的連接剪斷析出氟離子。
“我們通過多次的實驗分析，這個氟離子的降解導致膜的破損，膜因水合狀態而循環膨脹收縮引起機械應力，化學分解與機械應力的結合加速了膜裂紋的形成，造成了質子交換膜的失效。”徐淳川解釋道。
催化劑降解/碳支持體的氧化和腐蝕方面，正常工作的陰極和陽極是氫氣在陽極空氣在陰極，還原反應發生在陰極，燃料電池在停機以后，氫氣和空氣兩邊會互相的擴散，如果有空氣在陽極，啟動的時候，空氣進來本身就在陽極形成了一個差，如果空氣仍然在陰極電位會提高高于OCV的情況1.2V以上，這個對催化劑的腐蝕和碳腐蝕嚴重，催化劑也會降解，這個就比較嚴重的破壞催化層。
金屬雙極板的氧化和腐蝕方面，主要來源于應力腐蝕，以及化學腐蝕與電化學腐蝕。應力腐蝕是指在沖壓生產過程中，導致的應力集中，從而產生位錯、空位、晶界等；化學腐蝕與電化學腐蝕主要有縫隙腐蝕與點腐蝕，主要發生場所是表面的顆粒、附著物、夾雜物及金屬間化合物。
面對上述問題，當前在電堆開發中主要從新材料的開發、保護性添加劑和防腐導電涂層、優化結構設計和提高電堆的動態精確控制等解決方案進行優化。
天能氫電針對多次實驗分析，得到的電堆主要失效模式，降解因素和檢測，可以看到失效最嚴重的原因是由于膜的破損，其次是催化劑，以及催化劑的支持體是控制因素導致降解的最主要的因素。
“為此我們設計一種比較好的檢查電堆壽命的測試方法——包含物理的和化學的綜合降解因素短堆AST循環方案，這個方法不是預測電堆壽命，而是比較在不同的設計和材料的情況下，哪一種電堆壽命更長一些，通過這樣的測試我們可以比較選出比較優良的設計方案。”徐淳川表示。
本著對技術的極致追究和一絲不茍的研發態度，天能氫電在氫能行業已經經過了5年的發展，現已聯合國內多家主流車企開發了多款各領域應用的氫燃料電池發動機系統，擁有T60（60kW）、T80（80kW）、T120（120kW）等多種型號的燃料電池系統，電壓范疇380C-750V，運行環境溫度-30℃-50℃，設計壽命15000h，具有耐用、耐低溫、高安全等級等優勢，可應用于客車及重卡等場景。
天能氫電擁有全套氫燃料電池電堆、原材料試驗、檢測設備，引進日本、美國的氫燃料電池領軍人才與技術，目前已突破多項關鍵核心材料及電堆的核心技術，獲得專利30余項，并形成雙極板液態水分布、電流密度分布、流場氣體阻力、發熱分布、電池的IV特性等一套迭代設計流程；開發試制鉑碳催化劑超過國內市場領先水平。
接下來，天能氫電將以電堆為核心，提升系統性價比；以系統為抓手，推動自產電堆商業化應用。
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