宁波中科科创丨低Ir膜电极稳定性受阻，YHKC创新破局

国家“十五五”规划将氢能列为未来产业第一梯队、新的经济增长点与能源转型关键载体，并对可再生能源制氢（绿氢）提出了极具挑战性且明确的降本要求：到2030年，绿氢终端用氢平均价格降至25元/kg以下。这将倒逼全产业链——从上游制氢到中游储氢、运氢，实现颠覆性的技术突破。对于质子交换膜水电解（PEMWE）技术而言，Ir载量降低50%，则意味着膜电极（MEA）成本下降30-40%。但核心矛盾在于Ir载量降低后（≤0.5 mg_Ir cm^-2），膜电极稳定性将出现断崖式下降。因此，PEMWE低Ir化进程中的关键挑战在于如何实现膜电极“低Ir载量+高稳定性”的技术突破。

（1）直击痛点：低Ir膜电极技术瓶颈

催化剂的衰减本质上来源于金属溶出与奥斯特瓦尔德熟化带来的活性位点数量减少。而低Ir膜电极工况下，活性位点不足、局域电流/电位过载、界面失效等问题加速驱动了Ir的溶出与熟化，造成催化剂寿命缩短。

图1. 高Ir/低Ir膜电极PTL、催化剂、质子交换膜接触状态示意图

活性位点不足：传统技术路线下，单纯降低膜电极Ir载量将导致活性位点数目骤减。而想要达到与高Ir载量相当的膜电极活性，则意味着单个活性位点的催化转换频率（TOF）将成倍增加。反应物与反应中间体对活性位点的攻击加剧，不可避免地加速了催化剂的重构与Ir的溶解过程，导致催化剂稳定性恶化。

局域电流/电位过载：低Ir膜电极上的Ir位点易形成彼此分离的“孤岛”，与高Ir载量膜电极相比，无法形成有效的催化剂电子传导网络，造成大片的催化剂“死区”与“过载区”。局域电流/电位过载造成的局域热效应、活性位点损失等问题对质子交换膜与催化剂结构均造成持续破坏，从而导致性能的持续下滑。

界面失效：低Ir载量膜电极的催化层与质子交换膜、多孔传输层之间的结合力大幅减弱，界面电阻急剧上升，形成“电阻升高→局域电压升高→降解更快”的恶性循环。

（2）YHKC创新破局：0.5 mg cm^-2低Ir载量下的超高稳定性

宁波中科科创依靠自主技术创新，设计出全新的多孔IrO₂纳米网络。连续的网络结构打通了低Ir膜电极上的电子传导通路，成功将PEM膜电极上的Ir载量降至0.5 mg cm^-2。YHKC-IrO₂纳米网络催化剂在0.5 mg cm^-2的低Ir负载下的膜电极活性与1 mg cm^-2的高Ir负载相当，2 A cm^-2电流密度下的电池电压仅相差4 mV。更值得一提的是，在长达2000小时的恒流测试中，YHKC-IrO₂纳米网络催化剂的衰减率仅为2.3 μV h^-1。在客户端试用亦表现出优异的活性与稳定性。YHKC-IrO₂纳米网络不以牺牲可靠性为代价将膜电极Ir载量降低50%，实现了“低Ir载量+高稳定性”的技术突破。

图2. YHKC-IrO₂纳米网络催化剂部分自测数据与客户端反馈数据