一、钛毡在PEM电解槽中的关键作用

　　1.材料特性与核心地位

　　钛毡是PEM电解槽双极板的核心材料，需满足高耐腐蚀性、导电性及气密性要求。由于PEM电解槽阳极侧处于强酸、高

电位环境，钛金属凭借其优异的耐腐蚀性成为理想选择。钛板成本占电解槽总成本近50%，其性能直接影响设备寿命与制氢效率。

　　2.结构设计与工艺选择

　　PEM电解槽采用“一板两场”结构（仅氢、氧流场），相比燃料电池的“两板三场”更简单。钛板厚度较大（兆帕级压力需求），

制造工艺以蚀刻和冲压为主：

　　-蚀刻工艺：无需开模，适合小批量定制化生产，可双面加工流道，公差控制±0.015mm，边缘光滑度优于冲压。

　　-冲压工艺：适用于规模化量产，但需半年以上模具调试周期，当前处于技术储备阶段。

　　二、钛板失效的主要机制及研究进展

　　1.腐蚀与涂层失效

　　-高电位腐蚀：阳极侧Ir³⁺溶解导致催化剂流失，钛基底暴露后易发生点蚀或面腐蚀，尤其在波动工况下加速失效。

　　-涂层技术：传统镀铂/金工艺成本高，新型Ti₄O₇涂层因导电性（>1000S/cm）和耐腐蚀性成为研究热点，但其与钛基体的结合

强度仍需优化。

　　2.加工缺陷与应力集中

　　-蚀刻工艺中若药水配比不当，可能导致流道边缘粗糙或微裂纹，降低气密性。

　　-冲压工艺易导致钛板减薄（厚度下降20%-30%），应力集中区域在高压下易开裂。

　　3.长期性能衰减

　　-热-化学耦合作用：电解过程中局部过热加速钛板氧化层剥落，导致接触电阻上升。

　　-动态工况影响：频繁启停或电流密度波动（如可再生能源耦合场景）会加速钛板疲劳失效。

　　三、优化方向与研究案例

　　1.材料与工艺创新

　　-低铱/铂涂层：通过PVD工艺将镀层厚度从300-500nm降至100nm以下，降低成本并提升结合强度。

　　-复合结构设计：如治臻股份开发的EC500极板，采用梯度孔隙钛基体+纳米涂层，寿命提升至1万小时以上。

　　2.失效检测技术

　　-原位监测：采用电化学阻抗谱（EIS）实时分析钛板腐蚀状态，结合流体仿真优化流场均匀性。

　　-寿命预测模型：基于加速老化试验（如高电流密度、频繁启停）建立钛板寿命与工况的关联模型。

　　四、未来挑战与趋势

　　1.大尺寸与高一致性需求：能源级电解槽需超1m²钛板，但大面积蚀刻/冲压易导致流道深度不均（±5%偏差），需突破精密加工技术。

　　2.低成本替代方案：探索钛-钢复合板或非贵金属涂层（如碳化钛），但需平衡导电性与耐腐蚀性。

　　3.标准化测试体系：建立钛板寿命评价标准（如10万小时目标），推动行业从实验室验证转向规模化应用。

　　总结

　　钛板作为PEM电解槽的核心部件，其失效机制涉及材料、工艺与工况的多因素耦合。当前研究聚焦于涂层优化、加工工艺创新及

寿命预测，而规模化降本与高可靠性仍是产业化突破的关键。