膜电极组件（MEA）是燃料电池电堆的 “心脏”，占电堆成本的 30% 以上，其性能直接影响电堆的能量转换效率和寿命。膜电极组件由质子交换膜、催化剂层和气体扩散层组成，质子交换膜负责传导质子并隔绝电子，催化剂层加速电化学反应，气体扩散层则起到支撑催化剂、传导电子和分配反应气体的作用。目前主流的催化剂为铂基催化剂，但其价格昂贵且资源稀缺，制约了电堆的规模化应用。科研机构和企业正积极研发低铂、非铂催化剂及新型质子交换膜材料，以降低成本并提升膜电极的稳定性。燃料电池电堆是由多个单电池串联构成的关键发电部件。山东公交燃料电池电堆技术授权
燃料电池电堆的成本构成中，材料成本占比超过 70%，其中催化剂（主要是铂）、质子交换膜和双极板是成本高的三大部件。以车用燃料电池电堆为例，目前成本约为 1500-2000 元 /kW，远高于传统内燃机和锂电池系统。降低成本的主要路径包括：减少铂用量（从目前的 0.15-0.2g/kW 降至 0.1g/kW 以下）、开发低成本非铂催化剂、采用金属或复合材料替代石墨双极板、规模化生产以降低单位成本等。随着技术进步和产量提升，预计 2030 年车用燃料电池电堆成本可降至 500 元 /kW 以下，具备商业化竞争力。福建电压效率燃料电池电堆定制开发金属双极板能否降低燃料电池电堆的重量和成本？
燃料电池电堆的水热管理是保证其高效稳定运行的关键，关键目标是维持电堆内部适宜的湿度和温度分布。湿度方面，质子交换膜需保持一定湿度以确保质子传导性，但湿度过高会导致 “水淹”，阻碍气体扩散；湿度过低则会导致膜干燥，传导性下降。温度方面，电堆工作温度需维持在佳区间，温度过低会降低反应速率，过高则加速材料老化。水热管理系统通过加湿器调节进气湿度，通过冷却液循环系统控制温度，同时结合流场设计促进液态水排出，目前先进的电堆已能实现自主水热平衡，简化系统结构。
双极板是燃料电池电堆的关键结构件，主要功能包括传导电流、分配反应气体、移除反应产物水及支撑膜电极组件。双极板的材料选择直接影响电堆的重量、体积、成本和耐久性。目前常用的双极板材料有石墨、金属和复合材料三类：石墨双极板导电性好、耐腐蚀性强，但加工难度大、重量重；金属双极板（如钛合金、不锈钢）强度高、加工性好，可实现轻量化，但需通过涂层处理解决腐蚀问题；复合材料双极板结合了两者优势，具有重量轻、成本低的潜力，是当前的研究热点之一。家用燃料电池电堆多与热电联产系统结合使用。
燃料电池电堆的测试技术是保障其性能和可靠性的重要支撑，测试内容包括电性能测试、耐久性测试、环境适应性测试及安全测试等。电性能测试主要检测电堆的伏安特性曲线、功率输出、效率等参数，评估其发电能力；耐久性测试通过长时间连续运行或加速老化试验，预测电堆的使用寿命；环境适应性测试模拟低温、高温、高湿度、振动等极端环境，验证电堆的环境适应能力；安全测试则通过气体泄漏测试、短路测试、过载测试等，评估电堆的安全性能。目前已形成完善的电堆测试标准体系，为电堆研发和生产提供了技术保障。石墨材料因导电性好常被用于燃料电池电堆双极板。山东公交燃料电池电堆技术授权
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燃料电池电堆的催化剂载体对催化剂性能和稳定性有重要影响，目前主流载体为碳材料（如 Vulcan XC-72 碳黑、碳纳米管、石墨烯），具有比表面积大、导电性好、成本低等优势。但碳载体在电堆运行过程中易被氧化腐蚀，导致催化剂颗粒脱落，影响电堆寿命。为解决这一问题，科研人员正研发新型催化剂载体，如钛氧化物、铌氧化物等金属氧化物载体，以及碳 - 金属氧化物复合载体，这类载体具有良好的耐腐蚀性和稳定性，可明显提升催化剂的寿命。此外，三维多孔载体结构的开发可进一步提高催化剂的分散性和利用率。山东公交燃料电池电堆技术授权
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