陰離子交換膜（AEM）電解槽作為下一代綠色制氫的核心技術(shù)，憑借可采用非貴金屬催化劑、原料適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)波動(dòng)能源響應(yīng)迅速等優(yōu)勢(shì)，成為能源轉(zhuǎn)型領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，“壽命短板”始終是制約其產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸——當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室高性能AEM電解槽壽命多為數(shù)百至數(shù)千小時(shí)，與商業(yè)化質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽6萬+小時(shí)的壽命標(biāo)準(zhǔn)差距顯著。其壽命衰減主要源于陰離子交換膜降解、膜-電極界面失效、催化劑穩(wěn)定性不足等核心問題，圍繞這些癥結(jié)的技術(shù)攻堅(jiān)已成為行業(yè)突破的核心方向。本文結(jié)合最新科研成果，拆解AEM電解槽壽命短板的核心成因與關(guān)鍵攻堅(jiān)路徑。

　　一、壽命短板核心成因：三大關(guān)鍵部件失效機(jī)制解析。AEM電解槽的壽命衰減并非單一因素導(dǎo)致，而是膜、電極、界面等多部件協(xié)同失效的結(jié)果：一是陰離子交換膜穩(wěn)定性不足，這是最核心的瓶頸。膜的功能基團(tuán)（如季銨基團(tuán)）在高溫高堿環(huán)境下易發(fā)生霍夫曼消除等降解反應(yīng)，導(dǎo)致離子電導(dǎo)率大幅下降；同時(shí)膜的吸水溶脹問題突出，反復(fù)干濕循環(huán)易使其機(jī)械強(qiáng)度減弱、出現(xiàn)破裂，且氣體阻隔性較差，進(jìn)一步加劇性能衰減。二是催化劑穩(wěn)定性欠佳，盡管電解槽可采用鎳鐵基、鎳鉬合金等非貴金屬催化劑，但其活性較PEM電解槽的銥催化劑低5-10倍，且在高堿工況下易發(fā)生氧化溶解，部分場(chǎng)景仍需添加少量貴金屬，削弱成本優(yōu)勢(shì)的同時(shí)未能解決穩(wěn)定性問題。三是膜-電極界面失效，氫氧根離子（OH?）遷移速率僅為氫離子的1/10-1/100，為提升傳導(dǎo)效率需優(yōu)化界面結(jié)構(gòu)，但傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中膜與電極結(jié)合強(qiáng)度不足，運(yùn)行中易出現(xiàn)界面剝離、接觸電阻增大，導(dǎo)致局部過熱和性能驟降。此外，雙極板腐蝕、分流電流等問題也會(huì)加速系統(tǒng)壽命衰減。

　　二、攻堅(jiān)路徑一：膜材料革新——筑牢壽命核心基礎(chǔ)。陰離子交換膜的性能直接決定電解槽壽命上限，科研團(tuán)隊(duì)通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與微孔工程實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵突破：一是功能基團(tuán)優(yōu)化，開發(fā)基于奎寧環(huán)鎓陽離子的新型膜材料，其特殊結(jié)構(gòu)可有效抑制霍夫曼消除反應(yīng)，在80℃、10M NaOH條件下經(jīng)過3100小時(shí)測(cè)試后，仍保持99.95%的OH?電導(dǎo)率，質(zhì)量保持率達(dá)99.88%，創(chuàng)下堿穩(wěn)定性新紀(jì)錄。二是膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)升級(jí)，采用“剛性分支單元+微孔結(jié)構(gòu)”策略，通過強(qiáng)酸催化縮聚法構(gòu)建持久穩(wěn)定的離子傳輸通道，既提升OH?擴(kuò)散系數(shù)（最高達(dá)1.25×10??cm²/s），又降低膜的吸水率和溶脹率，增強(qiáng)尺寸穩(wěn)定性。三是復(fù)合膜技術(shù)突破，以機(jī)械性能優(yōu)異的聚醚醚酮為基膜，引入低玻璃化溫度的季銨化聚苯乙烯（QPS）作為樹脂，QPS在運(yùn)行中可轉(zhuǎn)為高彈態(tài)起到“膠水”作用，使膜-電極界面結(jié)合強(qiáng)度提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)，有效抑制界面剝離問題。
 

　　三、攻堅(jiān)路徑二：膜-電極界面工程——破解接觸失效難題。界面穩(wěn)定性是提升電解槽壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前主要通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化與工藝升級(jí)實(shí)現(xiàn)突破：一是界面結(jié)合工藝革新，采用熱壓一體化工藝，利用復(fù)合膜中樹脂的高彈態(tài)特性，增強(qiáng)膜與電極的物理結(jié)合強(qiáng)度，中科院大連化物所團(tuán)隊(duì)通過該技術(shù)使純水電解系統(tǒng)在500mA/cm²電流密度下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行2464小時(shí)，展現(xiàn)出優(yōu)異的界面穩(wěn)定性。二是界面?zhèn)鬏斖ǖ纼?yōu)化，通過調(diào)控電極多孔結(jié)構(gòu)與離子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，改善OH?傳輸動(dòng)力學(xué)，使純水電解系統(tǒng)在80℃、1.8V下實(shí)現(xiàn)高達(dá)1200mA/cm²的電流密度，減少局部過熱導(dǎo)致的界面失效。三是大面積一致性保障，開展160cm²大面積電池驗(yàn)證，在200mA/cm²條件下持續(xù)運(yùn)行160小時(shí)，解決界面性能放大過程中的一致性問題，為工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

　　四、攻堅(jiān)路徑三：催化劑與系統(tǒng)集成優(yōu)化——提升全鏈穩(wěn)定性。除膜與界面外，催化劑性能升級(jí)與系統(tǒng)集成優(yōu)化也是壽命攻堅(jiān)的重要方向：一是非貴金屬催化劑改性，通過摻雜、合金化等技術(shù)提升鎳鐵基、鎳鉬合金催化劑的活性與穩(wěn)定性，減少貴金屬用量，在保證性能的同時(shí)降低成本，部分改性催化劑已實(shí)現(xiàn)接近貴金屬的穩(wěn)定性水平。二是系統(tǒng)工況適配優(yōu)化，開發(fā)純水進(jìn)料技術(shù)，避免氫氧化鉀等堿性支撐電解質(zhì)導(dǎo)致的雙極板腐蝕、分流電流等問題，同時(shí)提升系統(tǒng)對(duì)CO?的耐受性，減少環(huán)境因素對(duì)壽命的影響。三是動(dòng)態(tài)運(yùn)行適應(yīng)性提升，通過材料選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)電解槽對(duì)動(dòng)態(tài)電流密度（0.5/1.0A/cm²）和溫度（30–80℃）交替變化的適應(yīng)性，部分系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)1400小時(shí)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行，滿足可再生能源制氫的波動(dòng)需求。

　　AEM電解槽“壽命短板”攻堅(jiān)已取得系列關(guān)鍵突破，通過膜材料分子設(shè)計(jì)、膜-電極界面工程、催化劑改性及系統(tǒng)集成優(yōu)化等多維度技術(shù)創(chuàng)新，電解槽穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間已突破2400小時(shí)，部分膜材料堿穩(wěn)定性達(dá)3100小時(shí)。但需注意，當(dāng)前技術(shù)仍面臨大規(guī)模生產(chǎn)工藝不成熟、實(shí)際示范項(xiàng)目驗(yàn)證不足等問題，距離商業(yè)化應(yīng)用的壽命目標(biāo)仍有差距。未來需進(jìn)一步聚焦材料規(guī)模化制備、全系統(tǒng)壽命協(xié)同提升等核心方向，結(jié)合更多實(shí)際工況驗(yàn)證，推動(dòng)電解槽技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，助力綠色氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。