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新能源产业

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。）   膜电极性能≥***@***、≥***@***，需要优化膜电极的孔结构，提高气体传质能力，增大电输出功率密度。孔结构优化工作中，气体扩散层的边缘位于活性区与增强边框内边缘处，在膜电极制备及使用过程中，活性区与增强边框内边缘交界处会出现明显的应力集中：生产过程中，增强边框内边缘对活性区产生剪切应力，导致质子交换膜的物理损伤、影响膜电极的寿命和生产效率；长期运行时，应力集中在交界边沿，导致质子交换膜阻隔氢氧气体能力的下降、膜电极失效。

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。） 开发厚度≤50μm的薄型高强度柔性边框，降低边框弹性模量及边框、活性区高度差，使气体扩散层在边框上搭接成为可能。在此基础上，设计气体扩散层在薄型柔性边框上的搭接结构），气体扩散层边缘与活性区及增强边框内边缘错开，扩散层边缘与边框应力差由***下降到***以下，消除扩散层边缘加剧应力集中的问题，膜电极寿命超过18000小时  

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