4月20日，由世紀(jì)新能源網(wǎng)、中國氫能100人論壇主辦，氫能觀察承辦的第三屆世紀(jì)氫能大會(huì)在京隆重召開。

加拿大皇家科學(xué)院、工程院、工程研究院院士張久俊針對車用動(dòng)力氫能質(zhì)子交換膜燃料電池的核心技術(shù)和挑戰(zhàn)發(fā)表主旨演講。

世界各主要發(fā)達(dá)國家都把發(fā)展新能源汽車（電動(dòng)車）作為國家發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)展新能源汽車是實(shí)現(xiàn)中國“碳達(dá)峰碳中和”雙碳目標(biāo)的重要選項(xiàng)，而新能源動(dòng)力汽車的核心部件是動(dòng)力電池 （如鋰電池、燃料電池等）。

全球主要經(jīng)濟(jì)體都將發(fā)展燃料電池上升為國家戰(zhàn)略。

張久俊院士為與會(huì)嘉賓介紹了氫能質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的運(yùn)行目標(biāo)：2 A/cm2下電池電壓大于0.65 V；Pt催化劑的ORR質(zhì)量活性大于現(xiàn)有Pt 催化劑的5倍；膜電極氧氣傳輸速率大于現(xiàn)在膜電極的2倍。

針對質(zhì)子交換膜燃料電池的技術(shù)挑戰(zhàn)等問題，張久俊院士指出三點(diǎn)核心：燃料電池動(dòng)態(tài)運(yùn)行條件下的耐久性不足（電流/電壓/溫度/壓力的波動(dòng)的影響）（科學(xué)技術(shù)挑戰(zhàn)）；燃料電池堆各個(gè)部件的高昂價(jià)格 （經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)）；加氫設(shè)施的普及程度太低（基礎(chǔ)設(shè)施挑戰(zhàn)）。

質(zhì)子交換膜燃料電池核心部件——膜電極，是影響其耐久性的重要因素。膜電極重要組成部分——催化劑，是決定質(zhì)子交換膜燃料電池耐久性的重中之重。張久俊院士強(qiáng)調(diào)，催化劑碳支持體在燃料電池長期操作下，尤其是小電流（高槽電壓）下會(huì)被氧化，降低耐久性甚至失效！

對此，需要研發(fā)非碳支持體的Pt基催化劑；優(yōu)化催化劑與支持體的結(jié)構(gòu)構(gòu)型及組分，增強(qiáng)催化劑與支持體的相互作用；使用高通量計(jì)算及人工智能技術(shù)并結(jié)合原位測量技術(shù)理清催化活性和活性衰減機(jī)理之間的構(gòu)效關(guān)系，以研發(fā)高活性高耐久性的催化劑。

根據(jù)對核殼結(jié)構(gòu)非碳支持體的PtPd催化劑物理化學(xué)性能的研究，可以發(fā)現(xiàn)，核殼結(jié)構(gòu)負(fù)載催化劑的高ORR單位質(zhì)量活性歸功于良好的支撐體/催化劑間相互作用，經(jīng)過5000圈循環(huán)測試，與商業(yè)PtC和PtCo/C催化劑相比，核殼結(jié)構(gòu)負(fù)載的催化劑表現(xiàn)出更好的耐久性和電化學(xué)活性！

此外，對于車用質(zhì)子交換膜燃料電池電解質(zhì)膜而言，質(zhì)子膜、氣體擴(kuò)散層同樣影響其效率。張久俊院士總結(jié)，燃料電池的耐久性主要是由膜組件的催化劑、膜、氣體擴(kuò)散層所決定，通過基礎(chǔ)科學(xué)研究和技術(shù)的創(chuàng)新是提高催化劑和膜穩(wěn)定性的必然舉措。