主要內容：噴霧沉積技術制備了低貴金屬含量（0.2-0.3 mg/cm²）的PEM水電解膜電極（以下簡稱PEM-MEA）。在穩態工況下測試了5000 h，討論衰減機理。

Introduction：

PEM水電解優勢：①高電流密度；②更高的操作壓力（可>50 bar）;③氫氣純度更高。

限制因素：①高貴金屬含量；②耐久性；③氫氣滲透。

衰減的環境因素：陽極高電壓與低PH（約1）。

實驗參數：

活性面積：86 cm²

穩態測試電流：1.8 A/cm²

氫氣壓力：400 psi

溫度：50℃

時間：5000 h

CCM組成：見圖1，在N117與N211間有一個Pt Recombination layer（RL），可以抑制氫氣泄漏。詳情可見：東芝：金屬Ir降低至1/10！

圖1 CCM結構圖。

耐久性測試結果：

   圖2（a）前3000 h衰減速度是37μV/h,后2000h衰減速度為15μV/h，這個不是特別理解為什么。商業化需求是70000h壽命，衰減速度<6μV/h。

   Nel baseline是Nel公司自己的PEM-MEA初始性能（Ir載量為3mg/cm²）。

   圖2d，引入RL層，可抑制氫氣泄漏（安全值要求<10% LFL）。電流密度越大，陽極氫氣百分比越少的原因：陰極維持400psi不變，氫氣透過量恒定，電流越高，氧氣越多，稀釋了氫氣濃度。

圖2 PEM-MEA耐久性測試結果。

陽極失效模式：

    陽極催化層減薄、Ir溶解沉積在膜上形成Ir帶（圖3b）、陽極PTL中Pt與基底分離（圖3d）。

圖3 陽極催化層HADDF-STEM。

陰極失效模式：

   Pt溶解、遷移、團聚。有意思的是在靠近陰極一側膜內出現了PtIr合金顆粒（H₂還原所致，圖4）。

圖4 靠近陰極催化層膜內顆粒表征。

Ir、Pt5000h后元素分布：

    Ir從陽極橫穿陰極，Pt到不了陽極（圖5）。

圖5 5000h后Ir、Pt元素分布

思考：

    陽極Ir的溶解（有30%）是MEA衰減的主要因素，降低操作電壓是一個可行的路徑，但降低電壓會使電流密度降低，因此需要提高PEM-MEA性能！