负责PEM电解槽核心组件(膜电极、梯度微沟槽双极板)的研发设计、性能瓶颈突破及量产工艺转化,主导解决高电流密度(≥3 A/cm²)下电解槽的稳定性与效率问题,支撑10 kW-100 kW级高效制氢系统的产品化落地。
- 主导膜电极(MEA)的性能优化:针对高电流密度下氧析出反应(OER)动力学迟缓、活性位点利用率低的痛点,首先通过ANSYS Fluent建立流场-电化学反应耦合模型,模拟发现传统蛇形流场末端氧物种积累导致反应速率下降25%;随后引入IrRu合金催化剂(Ru负载量15 wt%)替代纯IrO₂,经旋转圆盘电极(RDE)测试验证其OER过电位降低20 mV@10 mA/cm²;结合响应面法优化涂覆工艺(浆料固含量25%、涂布速度1.2 cm/s、烘干温度80℃),将膜电极在3.2 A/cm²电流密度下的电压降至1.75 V(较优化前降0.15 V),支撑公司核心组件达到行业TOP3水平。
- 设计梯度微沟槽双极板:针对传统蛇形流场传质不均、局部氢气滞留问题,创新设计“入口窄深-出口宽浅”的梯度微沟槽结构(沟槽宽度从0.3 mm渐变至0.8 mm,深度从0.2 mm增至0.5 mm);利用COMSOL Multiphysics模拟流速分布,优化后流场内氢气浓度偏差从18%降至5%;推动该设计导入量产,批量生产时双极板流道一致性良品率从85%提升至93%,有效解决了电解槽运行中的电流密度波动问题。
- 搭建电解槽集成测试与可靠性验证平台:主导10 kW PEM电解槽测试系统搭建,采用LabVIEW开发多参数数据采集模块(覆盖温度、压力、电流密度、气体纯度等12项指标);测试中发现全氟磺酸膜(Nafion 212)在高湿度(≥90% RH)下因溶胀导致的密封失效问题,改用氟橡胶+聚四氟乙烯复合密封材料并优化压缩率(从15%调整至20%),将电解槽连续无故障运行时间从500小时延长至2000小时,满足工业级耐用性要求。
- 推动膜电极量产工艺转化:牵头卷对卷(R2R)狭缝式涂布工艺的量产适配,通过正交试验优化涂布参数(模头间隙50 μm、走带速度3 m/min、浆料粘度1200 mPa·s),解决了涂层厚度均匀性问题(批次偏差从±8%降至±3%);支撑公司首款100 kW级PEM电解水系统顺利交付,系统能效达78%(高于行业平均2个百分点)。