燃料电池电堆的热管理系统通常采用液冷方式，通过冷却液在电堆内部流道中的循环流动带走反应产生的热量，维持电堆温度稳定。冷却液需具备良好的导热性、绝缘性和化学稳定性，常用的冷却液为去离子水与乙二醇的混合液（防冻型）或纯去离子水（常温型）。热管理系统由水泵、散热器、节温器、膨胀水箱等部件组成，水泵提供冷却液循环动力，散热器将热量散发到空气中，节温器控制冷却液流量以调节温度。对于大功率电堆，还可采用双循环热管理系统，分别控制电堆不同区域的温度，实现更准确的温度调节。燃料电池电堆的冷却液需具备良好的导热和绝缘性；黑龙江净功率燃料电池电堆安装调试
便携式燃料电池电堆功率通常在 100W-10kW 之间，主要用于户外探险、应急救援、野外作业等场景的供电，可替代传统蓄电池为通信设备、照明设备、小型工具等供电。这类电堆具有能量密度高（是锂电池的 3-5 倍）、续航时间长、可快速补充燃料（更换燃料罐或加注氢气需几分钟）等优势。便携式电堆多采用甲醇燃料电池或小型质子交换膜燃料电池技术，结构紧凑、重量轻，部分产品重量可控制在 5kg 以内，方便携带。随着户外运动和应急通信需求的增长，便携式燃料电池电堆的市场需求正逐步扩大。中国香港高温燃料电池电堆ODM燃料电池电堆的寿命目标已提升至 10000 小时以上。
燃料电池电堆的表面处理技术可提升其性能和耐久性，双极板表面通常需进行导电涂层处理，以降低接触电阻并提高耐腐蚀性，常用的涂层材料包括金、银、铂、钛 nitride 等；膜电极的催化剂层表面需进行疏水处理，以促进排水；电堆外壳表面需进行防腐处理，以适应不同的使用环境。表面处理技术包括物理汽相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电镀、喷涂等，其中 PVD 技术由于涂层均匀、附着力强，很多应用于双极板涂层处理；喷涂技术则常用于外壳防腐处理。
燃料电池电堆的水热管理是保证其高效稳定运行的关键，关键目标是维持电堆内部适宜的湿度和温度分布。湿度方面，质子交换膜需保持一定湿度以确保质子传导性，但湿度过高会导致 “水淹”，阻碍气体扩散；湿度过低则会导致膜干燥，传导性下降。温度方面，电堆工作温度需维持在佳区间，温度过低会降低反应速率，过高则加速材料老化。水热管理系统通过加湿器调节进气湿度，通过冷却液循环系统控制温度，同时结合流场设计促进液态水排出，目前先进的电堆已能实现自主水热平衡，简化系统结构。燃料电池电堆的老化会导致输出功率逐渐下降。
燃料电池电堆的功率等级划分通常根据应用场景确定，车用领域可分为乘用车电堆（30-100kW）、商用车电堆（100-300kW）、工程车电堆（50-150kW）；发电领域可分为家用电堆（1-5kW）、分布式发电电堆（50-500kW）、大型电站电堆（500kW 以上）；便携式领域可分为小型便携式电堆（100W-1kW）、中型便携式电堆（1-10kW）。不同功率等级的电堆在结构设计、材料选择、工艺要求上存在差异，例如大功率电堆多采用多模块组合设计，小功率电堆则注重结构紧凑和轻量化。低温环境下燃料电池电堆的启动时间会延长。广东系统集成燃料电池电堆寿命测试
金属双极板能否降低燃料电池电堆的重量和成本？黑龙江净功率燃料电池电堆安装调试
耐久性是制约燃料电池电堆商业化推广的重要瓶颈，行业通常以电堆输出功率衰减至初始值的 80% 时的运行时间作为寿命指标。车用燃料电池电堆的目标寿命为 5000-10000 小时，而目前商用产品多在 3000-5000 小时之间，仍有提升空间。影响电堆耐久性的因素主要包括：催化剂颗粒团聚或溶解导致活性下降、质子交换膜老化破损、双极板腐蚀、电极结构退化及水热管理不当等。通过材料改性（如催化剂载体优化）、结构设计改进（如密封结构升级）及系统控制策略优化，可有效延长电堆寿命。黑龙江净功率燃料电池电堆安装调试
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