中科院广州能源所“多维度原位测试”破局AEM膜电极衰减——膜电极测试夹具与电解水制氢测试迎表征新范式

一、研究背景：离位表征为何“看不清”真实失效

固体聚合物水电解（PEM/AEM）膜电极的寿命，往往卡在“看不见”上。传统表征高度依赖离位测试（ex-situ）——把电极从电解槽里取出来再测量，而此时界面状态早已改变，根本无法还原运行中的真实过程。

在AEM电解槽迈向工业级大电流的今天，阳极催化层内部持续发生局部酸化、催化剂溶出、离聚物流失等动态演变。靠离位手段做“事后解剖”，常常只能推测、难以实证，这正是长寿命膜电极研发的共性瓶颈。

二、核心突破：四维原位平台“看见”界面过程

2026年9月，中国科学院广州能源研究所发布进展：团队搭建起“局域离子-质量-微区电化学-气泡可视化”多维度原位动态测试平台，把原本分散的表征手段统一到同一工况下，实现对膜电极活性表达与失活机制的实时追踪。

平台集成的三种关键原位方法如下：

• 🔬 可视化电流分布成像：直接观测催化层内的电流均匀性，定位“热点”与“死区”
• 🧪 局域离子动态监测：将pH传感微电极介入SECM，原位获取界面离子空间分布
• ⚖️ SECM-QCM联用：扫描电化学显微镜耦合石英晶体微天平，同步采集离子浓度与电极质量变化
• 💨 气泡可视化：实时记录气泡成核与脱附，关联传质与能耗

三、三大发现：从“看不清”到“说得清”

依托该平台，团队在AEM膜电极稳定化机制上取得三项关键发现：

• 🟢 局部碱性微环境：通过pH微电极在SECM中测得阳极局部pH≈14，证实调控OER阳极局域碱性可抑制局部酸化对非贵金属催化剂的腐蚀，纯水单槽稳定运行1500小时以上
• 🟢 失重精准溯源：SECM-QCM耦合首次区分了“催化剂溶出”“离聚物溶出”“催化剂再沉积”三种不同过程，而非笼统地归因于“衰减”
• 🟢 金属离子捕获：揭示高氧化还原电位载体（MnO₂、PbO₂）可有效捕获溶液中的金属离子，为抗衰减膜电极修饰提供新思路

“验收专家一致认为，项目对固体聚合物膜电极稳定化机制进行了深入探索，验证器件性能优异，达到了项目预期目标。”——中国科学院广州能源研究所

四、方法学对比：原位为何胜过离位

该研究的真正价值不仅是某个催化剂配方，而是一套“能看见运行界面”的测试方法学。下表对比了传统离位表征与多维度原位平台的能力差异：

在性能端，结合高效催化剂开发与膜电极稳定化修饰，团队实现非贵金属AEM水电解器单槽电压<1.8 V@2 A·cm⁻²，并在60℃、1~2 A·cm⁻²下稳定运行超2400小时。

五、为什么重要：给测试装备提出新标准

对从事电解水制氢测试、膜电极评测的科研机构与企业而言，这项研究提出了一个明确信号：仅仅测极化曲线已经不够，必须能够原位解析离子、质量与气泡的协同演变。这正是AEM电解水测试台与MEA膜电极测试夹具的下一代入门标准——从“通电流、看电压”走向“多参量原位诊断”。

• ✅ 夹具革新：膜电极测试夹具需支持微区探针原位接入，兼容SECM/QCM等外置传感
• ⚙️ 系统升级：电解水制氢测试台应集成多模态传感与同步采集，而非单一电化学通道
• 📊 数据融合：氢能测试设备需打通离子、质量、图像的跨源数据，支撑失效溯源

合肥博格达氢能长期专注于PEM电解水测试台、AEM电解槽测试系统与MEA膜电极制备产线的研发，正持续把这类原位诊断理念下沉到可落地的测试装备中，助力科研团队把“看不见的衰减”变成“测得准的数据”。

六、参考来源

本文引用的科研进展来自以下公开报道：

• 中国科学院广州能源研究所.《电极多维度原位动态测试推动固体聚合物水电解膜电极稳定化研究取得进展》[EB/OL]. 2026-09-30. https://www.giec.cas.cn/kxyj2016/kyjz2016/202609/t20260930_8289027.html

（本文基于公开科研进展整理。）如需深入了解膜电极评测与电解水制氢测试方案，欢迎了解合肥博格达氢能的PEM电解水测试台、AEM电解槽测试系统与MEA膜电极测试夹具产品系列。