【摘要】 本文详解膜电极(MEA)与软包电池的核心测试方法，并系统解析4篇高被引文献的创新点与测试技术，为能源领域研究者提供关键测试方案与论文发表支持。科学指南针提供专业的电化学测试服务。

MEA测试是评估催化剂活性、产物选择性与器件寿命的核心环节，已成为发表高水平能源期刊的必备数据支撑。软包电池测试则覆盖循环性能及滥用测试（如针刺、过充），是储能研究中论文审稿的关键评审依据，可显著提升研究成果的完整性与创新性。科学指南针优化电化学服务体系，提供完备的膜电极电化学测试与软包电池测试，并筛选出近 2 年发表的 4 篇高被引代表性文献，系统拆解其测试方法与技术创新，为相关领域研究者提供参考。

 

一、高被引代表性文献

01Differences in the Electrochemical Performance of Pt-Based Catalysts Used for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells in Liquid Half- and Full-Cells

期刊名称：Chemical Reviews

DOI：10.1021/acs.chemrev.0c01337

作者：Chi-Yeong Ahn, Ji Eun Park, Sungjun Kim 等；通讯作者：Yong-Hun Cho, Yung-Eun Sung

核心内容：

（1）测试技术

  • 比较了液态半电池（如旋转圆盘电极，RDE）和全电池（膜电极组件，MEA）中铂基氧还原反应（ORR）催化剂的性能与耐久性。

（2）关键发现

  • 半电池中表现优异的高活性催化剂（如Pt合金纳米结构）在全电池中性能显著下降。

  • 性能差距源于：离子聚合物吸附、金属溶解、局部氧传输阻力、催化剂利用率低等。

  • 高电流密度性能受限于催化剂ECSA、离子聚合物分布和碳载体结构。

创新点：

  • 系统分析并阐明半电池与全电池性能差异的根本原因。

  • 提出提升全电池性能的策略：如调控离子聚合物-催化剂界面、使用有序金属间化合物、优化碳载体孔结构与表面性质。

  • 强调高稳定性和高ECSA催化剂在实际燃料电池中的重要性。

 

02 Single-Atom to Single-Atom Grafting of Pt₁ onto Fe–N₄ Center: Pt₁@Fe–N–C Multifunctional Electrocatalyst with Significantly Enhanced Properties

期刊名称：Advanced Energy Materials, 2018, 8, 1701345

DOI：10.1002/aenm.201701345

作者：Xiaojun Zeng, Jianglan Shui*, Xiaofang Liu, Qingtao Liu, Yongcheng Li, Jiaxiang Shang, Lirong Zheng*, Ronghai Yu*（通讯作者：J. Shui, L. Zheng, R. Yu）

核心内容：

（1）测试技术

  • 结构表征：HAADF-STEM、XPS、XANES/EXAFS 定位单原子结构。电化学性能：RRDE 测试氧还原活性（ORR）MEA 单电池测试评估功率密度与耐久性（0.86Wcm-2，50h稳定性）HER/OER 极化曲线与Tafel斜率分析。膜电极测试验证催化剂在酸性燃料电池工作条件下的稳定性，为材料能级调控与活性–寿命关联提供关键支撑。

（2）关键发现

  • 构建Pt1-O2-Fe1-N4单原子桥联活性中心，实现原子级电性重构。

  • 该构型显著提高 ORR 稳定性（E1/2衰减仅 12 mV / 10000 圈），并兼具优异 HER（η10=60mV）与OER（η10=310 mV） 性能。

创新点：

首次在原子尺度上实现活性中心精准调控。形成稳定的 Pt1-O2-Fe1-N4新活性单元，兼具 ORR / HER / OER 三功能催化特性。膜电极级证明其在实际器件中的高功率输出与耐久性，为非贵金属催化剂工程化提供可行路径。

 

03 Current Status and Future Development of Catalyst Materials and Catalyst Layers for Proton Exchange Membrane Fuel Cells: An Industrial Perspective

期刊名称：ACS Energy Letters, 2017, 2, 629-638

DOI：10.1021/acsenergylett.6b00644

作者：Dustin Banham, Siyu Ye*

核心内容：

（1）测试技术

  • 结构与性能表征：TEM、XRD、EXAFS、RDE（旋转圆盘电极）测试、MEA单电池性能与耐久性测试。

  • MEA性能评估：采用 DOE 标准的膜电极组件（MEA）电流密度测试（至 1.5Acm-2）。加速应力测试（AST）用于耐久性验证。ECSA（电化学比表面积）与EPSA（电极粗糙度因子）对氧传输及功率密度的影响。结合阴极催化层（CCL）优化与Pt利用率评估，体现工业可扩展性。

（2）关键发现

  • 实验室催化剂活性常高估，真正的性能差异必须通过MEA测试验证。提出了 ECSA ≥ 50 m2 g-1 是满足低贵金属载量（0.1 mg cm-2）条件下高功率密度的必要指标。阐明 PtCo、PtNi 合金 及 core-shell 结构 催化剂在实际MEA测试中兼具高活性与耐久性。

创新点：

提出了基于 工业应用导向的MEA表征框架：由RDE筛选 → MEA验证 → 模块化CCL优化。系统定义了 三类Pt利用率 概念（催化剂层、电极有效面积、反应物可达率），为工业研发提供定量指标。

 

04 Porous Film Host-Derived 3D Composite Polymer Electrolyte for High-Voltage Solid-State Lithium Batteries

期刊名称：Energy Storage Materials, 2020, 26, 283-289

DOI：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.01.006

作者：Jiangkui Hu, Pingge He, Bochen Zhang, Bingyao Wang, Li-Zhen Fan*

核心内容：

（1）测试技术

  • 结构与形貌表征：XRD、FE-SEM、EDS Mapping、TGA、拉伸强度测试。

  • 电化学测试：EIS 测量离子电导率；LSV 测定电化学稳定窗口（4.8 V）；对称电池（Li/CSE/Li）循环测试（1000 h 稳定循环）

  • 软包电池测试（核心环节）：组装 NCM/Li 软包电池（NCM:PVDF: Super-P:LiTFSI = 81.1:4:6.75:1.4）循环性能：80 次循环后容量保持率 94.9%，容量 152.6 mAh g-1 @ 0.1C倍率性能：0.1–1 C 下容量分别为 161、155.6、140、135 mAh g-1，恢复性良好。可在折叠、切割、针刺状态下点亮 LED，显示出优异的机械完整性与抗滥用特性。

（2）关键发现

  • 通过在 PVDF/LLZTO 基电解质中引入 多孔聚酰亚胺（PI）骨架，与未强化的电解质相比，该复合膜使对称电池循环寿命延长至 1000h，并有效抑制 Li 枝晶生长。

创新点：

提出一种 “多孔PI骨架诱导的3D复合电解质设计策略”，兼顾离子导电性与机械韧性。首次在室温下实现 高电压（4.3 V）软包固态电池 的稳定运行。

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