预测寿命25000小时，擎动膜电极是如何炼成的？

近日，搭载擎动HPM-H212膜电极的氢晨H3170 kW燃料电池堆完成了中汽氢能2000小时“氢能马拉松”耐久测试。按GB/Z 44116-2024循环工况开展测试，并依据检验报告的线性拟合方法计算，基准电流点、制造商参考电流点、额定电流点的电压衰减幅度均不超过3%。

中汽氢能的2000小时动态循环验证，考察电堆在反复变工况下的长期性能保持，其测试高频复现车辆怠速、加减速和巡航等运行状态，并将参考电流点电压衰减不超过3%作为电堆验证要求。这为产品耐久性提供了可量化、可核验的第三方评价依据。此次搭载的擎动HPM-H212膜电极在保持低成本（总铂载量仅为0.35mg/cm2）和高性能（0.65V，2.5 A/cm²）同时，展示出了优异的耐久表现，催化剂活性和膜电极性能衰减极少。

模型预测寿命长达25000 小时

基于此次耐久验证数据，根据膜电极寿命预测模型，擎动HPM-H212膜电极的寿命预期可达25000小时（10%衰减）。此模型以催化剂电化学活性面积ECSA保留率作为核心评判依据。通过对比膜电极在单电池加速老化条件和电堆实际运行条件下的衰减规律，在设定相同 ECSA 失效终点的基础上，对实际运行时间做等效换算。

拟合衰退常数

令S=ECSA/ECSA₀，其中ECSA₀为初始活性面积，Smin为模型中的保留率下限。采用带下限的指数模型，并将其线性化，所得Y—t直线的斜率即为衰退常数k；k越小，衰退越慢。

S(t) = Smin + (1 − Smin) × exp(−kt)

Y = −ln[(S − Smin)/(1 − Smin)] = kt

计算加速因子

模拟数据拟合得到，单电池kcell=4.406×10⁻³ h⁻¹，电堆kstack=1.753×10⁻⁴ h⁻¹，加速因子AF=kcell/kstack≈25.1。在相同ECSA状态下，模型中的单电池加速衰退速率约为电堆工况的25.1倍。

换算总寿命与剩余寿命

设共同ECSA寿命终点对应Yend，则tend=Yend/k。按模型设定的终点，膜电极在单电池加速工况下约1000小时到达终点，对应其在所设电堆工况下的预测总寿命约25000小时。

图1｜膜电极在相同ECSA寿命终点下的寿命预测。曲线为模拟数据拟合的线性化关系。

膜电极寿命与电堆及运行条件密切相关。电堆设计、运行工况和测试条件对膜电极寿命有极大影响，同一款膜电极在不同电堆中的寿命可能存在较大差异。因此，约25000小时的预测对应本文模型设定的工况、条件及ECSA寿命终点，实际应用寿命需结合具体电堆与工况评估。

解密HPM‑H212 膜电极：面向长寿命的底层材料设计

HPM‑H212 膜电极配套擎动完全自主研发、自主生产的 HPEC‑212 型催化剂。擎动从碳载体微观构型与铂纳米颗粒精准调控两大维度出发，围绕活性长效保持、反应物质高效传质、薄膜保护三大方向开展多维度协同设计，并依托精密制造工艺，严控大批量产品一致性。

高石墨化抗腐蚀载体，浅介孔结构优化传质效率

HPEC-212将高石墨化碳骨架与浅介孔结构结合。高石墨化增强碳载体的抗电化学腐蚀能力，有助于减缓骨架损伤及其引发的铂颗粒失稳；浅介孔缩短反应物进入路径，提高孔内活性位点的可达性。两者协同，兼顾结构稳定与反应效率。

图2｜高石墨化碳骨架与浅介孔设计。原理示意，非实测尺度。

孔径分布用于表征载体的孔径范围，XRD谱图用于分析碳骨架的有序结构。两项表征共同展示了载体的结构特征。

图3｜碳载体的孔径分布与XRD表征。

孔内空间限域效应，构筑铂基活性长效保护机制

在载体结构设计的基础上，擎动通过合成工艺调控铂颗粒的位置与粒径分布。孔内担载有助于减少离聚物与铂位点的直接接触，孔壁限域有助于抑制铂迁移和颗粒长大，从而减缓活性面积损失。

图4｜孔内担载与限域原理示意，非实测尺度。

在HPM-H212的单电池催化剂加速耐久测试中，10万次循环后，0.8 A/cm²工作点电压降低6 mV，ECSA降低3.92%；进口耐久催化剂对照分别降低23 mV和约14.99%。对比试验充分证实 HPM-H212 在工作电压、催化活性面积维持层面具备显著技术优势。

图5｜单电池催化剂加速测试：H2/N2，80℃，100% RH；0.6—0.95 V、3 s方波。

本次马拉松测试中，在0.1 A/cm² 低电流密度下，测试前后单片电压由约 840mV 微降至 836mV，电压波动仅 4mV，该微弱电压变化直观印证催化剂催化活性维持优异，同时为催化剂电化学活性面积（ECSA）损失较小提供间接佐证。

图6｜2000小时马拉松耐久测试0.1 A/cm²工作点的电压变化

构建均匀分散传质网络，最大化催化位点利用效率

催化剂本征活性的长效发挥，离不开质子、氧气向反应活性位点的高效输运。擎动通过调控浆料溶剂体系与分散工艺，优化离聚物分布与覆盖，构建连续的质子传导网络，并降低氧传输阻力。

图7｜离聚物分布与传输通道设计。原理示意，非实测尺度。

以HPM-H212为试验样品的催化层对比测试显示，相较所测竞品，质子电导提升25%，氧传输阻力降低约10%。充分验证催化层传质体系优化对膜电极综合性能的增益效果。

图8｜催化层传输对比。试验样品：HPM-H212；对照：竞品。

催化层‑质子膜协同防护，强化薄质子膜化学耐久性能

薄质子膜能够缩短质子传导路径、降低欧姆阻力，其长期性能保持也依赖化学稳定性。擎动通过催化层协同优化，减轻自由基对质子膜的化学攻击，兼顾低阻输出与薄膜耐久。

图9｜催化层与质子膜协同保护原理示意，非实测尺度。

在90℃、30% RH的OCV加速测试中，优化前样品在213小时的开路电压为0.750 V、氢渗透电流密度为18.358 mA/cm²；优化后样品运行至910小时，开路电压仍为0.813 V，氢渗透电流密度为15.388 mA/cm²。电压与氢渗透的演变共同反映了化学耐久的改善。

图10｜OCV与氢渗透测试。面积50 cm²，A/C出口压力50/50 kPa，流量0.7/1.7 slpm，90℃，30%/30% RH。

高端精密制造体系，保障批量产品性能一致性

膜电极的性能与耐久，也需要稳定的制造过程支撑。从自研自产HPEC-212催化剂，到浆料分散、CCM涂布和MEA封装，擎动以自主制造体系衔接材料设计与批量生产。

精密涂布，控制涂层波动。高精度双面间歇式直涂，实现厚度偏差小于1 μm、活性组分波动小于1%；在线X射线载量检测进一步支持过程控制，提升膜电极批量一致性。

自动封装，在线全检。自动封装配合尺寸、厚度和漏气率在线全检，将过程控制与成品检测贯通，为批量交付提供质量保障。

图11｜擎动膜电极制造流程、产线与关键过程控制指标。

总结

2000小时电堆马拉松验证，为擎动HPM-H212膜电极的耐久表现提供了装堆实测依据。从自研自产HPEC-212催化剂，到催化层与质子膜的协同设计，再到精密涂布、自动封装与在线全检，擎动将材料创新与制造控制贯通，兼顾活性保持、传输效率和批量一致性。约25000小时的膜电极寿命预测，则为给定模型与工况条件下的长期应用评估提供参考。以材料设计夯实耐久基础，以精密制造保障产品一致性，以电堆验证检验实际表现——这就是擎动高耐久膜电极的炼成之道。