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需求背景

（介绍技术需求背景情况，不超过1000字。） 燃料电池是将氢能可控地转换为电能的先进能源转换装置，在使用过程中氢气和氧气通过气体扩散层分别进入电池阳极和阴极，氢气在阳极催化生成质子、质子穿过质子交换膜，到达阴极与氧反应生成水排出；电子从外电路输出电能。燃料电池效率高、零排放，是汽车、舰船装备等重要产业的下一代能源动力技术，市场前景巨大。 燃料电池主要部件包括膜电极组件（简称“膜电极”）和双极板，其中，膜电极是燃料电池的“芯片”，由催化层、质子交换膜、扩散层和密封结构组成，是燃料电池电化学反应的核心区域。 传统GDE技术，催化层厚（≥30μm），铂用量高；由于电化学反应单元与气体传质单元重合，催化效率低、性能低。新型CCM型膜电极与传统GDE型膜电极的差别在于催化层直接涂敷于质子交换膜上，催化层厚度小、成本低；且有效分离了电化学反应单元和气体扩散单元，解决了电化学反应单元和气体扩散单元功能需求的突出矛盾，大电流工作性能显著提升。因此，CCM型膜电极十余年来一直是国际燃料电池领域竞相开发的新一代燃料电池核心技术和高功率密度燃料电池国际前沿技术，也是丰田公司2014年底推出并获得巨大商业成功的Mirai燃料电池车的核心技术。 我国电动汽车、可再生能源发电等产业快速发展，亟需高性能的燃料电池技术提供动力、能量转换技术支撑。由于膜电极依赖进口，且高性能的膜电极对我国技术封锁，严重制约了相关产业的发展。我国燃料电池产业对低铂、高效膜电极关键材料有着重大战略需求，尤其对于催化剂高活性利用、超薄催化层结构制备、高通量气体扩散电极制备以及高稳定性膜电极连续化制备等技术瓶颈，需要开展低铂、高效CCM型膜电极制备技术攻关。但是，CCM型膜电极制备技术复杂度高、水/气管理难度大，相关技术被美国Gore、3M，英国JM、加拿大Ballard公司垄断，关键技术公开报道极少，技术无从借鉴。

需解决的主要技术难题

（详细说明当前需要解决的技术难题。不超过1000字。） 针对氢燃料电池膜电极长寿命的应用需求，需要系统分析膜电极关键材料催化剂、质子交换膜、扩散层在运行工况下的衰减规律，采用先进的技术手段（分辨率≤50nm）表征催化层及微孔层的衰减规律。燃料电池催化层由催化剂与质子交换树脂构成，催化剂与质子交换树脂分散尺寸的匹配是解决催化剂利用率的国际难题，也是形成质子-气体和电子三相反应通道、降低铂用量的关键。质子交换树脂由憎水且不溶于任何溶剂的全氟主链和亲水磺酸根侧链构成，其分散一直是国际高分子领域难点，质子交换树脂分散液粒径一般在1μm以上，与Pt/C催化剂形成浆料后由于树脂和载体的疏水端吸附作用形成聚集体，粒径分布D90≥10μm，与铂催化剂2-3nm的尺寸相差3-4个数量级，铂催化剂活性表面难以充分利用，利用率在60%以下。  

期望实现的主要技术目标

（详细说明技术需求预期达到的技术指标。不超过1000字。） 发现质子交换树脂的全氟主链憎水端分散性与溶剂的溶剂化参数关系，测定溶剂化参数在何种条件下主链分散性最强；侧链分散性与溶剂的极性有关，研究极性与分散性相关性。 进一步发现溶剂化参数和极性参数复配溶剂支撑的高温高压溶解技术，实现质子交换树脂的高效溶解。  

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