燃料电池电堆的催化剂载体对催化剂性能和稳定性有重要影响，目前主流载体为碳材料（如 Vulcan XC-72 碳黑、碳纳米管、石墨烯），具有比表面积大、导电性好、成本低等优势。但碳载体在电堆运行过程中易被氧化腐蚀，导致催化剂颗粒脱落，影响电堆寿命。为解决这一问题，科研人员正研发新型催化剂载体，如钛氧化物、铌氧化物等金属氧化物载体，以及碳 - 金属氧化物复合载体，这类载体具有良好的耐腐蚀性和稳定性，可明显提升催化剂的寿命。此外，三维多孔载体结构的开发可进一步提高催化剂的分散性和利用率。小型燃料电池电堆可作为便携式电源为设备供电；湖南电流密度燃料电池电堆规模化生产
双极板是燃料电池电堆的关键结构件，主要功能包括传导电流、分配反应气体、移除反应产物水及支撑膜电极组件。双极板的材料选择直接影响电堆的重量、体积、成本和耐久性。目前常用的双极板材料有石墨、金属和复合材料三类：石墨双极板导电性好、耐腐蚀性强，但加工难度大、重量重；金属双极板（如钛合金、不锈钢）强度高、加工性好，可实现轻量化，但需通过涂层处理解决腐蚀问题；复合材料双极板结合了两者优势，具有重量轻、成本低的潜力，是当前的研究热点之一。中国台湾能源电站燃料电池电堆定制开发燃料电池电堆需通过加湿器调节反应气体湿度；
燃料电池电堆的抗冲击性能对车用和便携式场景至关重要，需能承受车辆行驶或携带过程中的冲击和振动。抗冲击性能的提升主要通过结构设计优化实现，如采用弹性支撑结构减少外部冲击对电堆内部的影响；加强单电池之间的连接强度，防止堆叠松动；选用强度材料制作外壳和双极板，提高整体结构刚性。电堆需通过冲击测试验证其抗冲击性能，根据应用场景不同，冲击加速度要求从 50g 到 200g 不等（g 为重力加速度），测试后电堆性能衰减率需控制在 10% 以内。
燃料电池电堆的功率密度是衡量其性能的关键指标之一，通常分为体积功率密度和质量功率密度，前者反映单位体积的功率输出，后者体现单位重量的功率水平。提高功率密度有助于缩小电堆体积、减轻重量，满足乘用车、无人机等对空间和重量敏感的应用场景需求。提升功率密度的关键路径包括：优化膜电极结构以增强反应活性、改进双极板流场设计以提升气体分配效率、提高工作温度和压力以加速反应速率等。目前车用燃料电池电堆的体积功率密度已普遍达到 3kW/L 以上，部分先进产品可突破 4kW/L。非铂催化剂的应用能大幅降低燃料电池电堆成本。
燃料电池电堆的气体供应系统是保证其正常运行的重要配套系统，主要包括燃料供应系统和氧化剂供应系统。燃料供应系统由储氢罐、减压阀、氢气循环泵、过滤器等组成，负责将氢气从储氢罐输送到电堆阳极，并实现未反应氢气的循环利用，提高燃料利用率；氧化剂供应系统由空压机、增湿器、空气过滤器等组成，负责将压缩空气输送到电堆阴极，并对空气进行增湿处理，以维持质子交换膜的湿度。气体供应系统的稳定性直接影响电堆的性能，需通过精密控制阀门和传感器实现流量、压力的准确调节。大功率燃料电池电堆已成功应用于重型商用车领域！山东低温启动燃料电池电堆
燃料电池电堆的单电池堆叠时需保证准确对齐；湖南电流密度燃料电池电堆规模化生产
低温燃料电池电堆是针对寒冷地区应用开发的特殊类型电堆，主要解决常规电堆在低温环境下启动困难、性能衰减快的问题。其技术改进包括：采用低温活性更高的催化剂（如铂钌合金催化剂）、优化流场设计以促进冰水排出、开发抗冻质子交换膜（添加抗冻剂或改性材料）、配备快速预热系统等。低温电堆在 - 40℃环境下仍能实现可靠启动，且在低温运行时性能衰减率低于 10%，适用于我国东北、西北等寒冷地区的车用及分布式发电场景。目前国内科研机构已开展低温燃料电池电堆的研发，部分成果已进入中试阶段。湖南电流密度燃料电池电堆规模化生产
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