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美国能源部（DOE）针对燃料电池技术发展和商业化要求，提出了《DOE 2020燃料电池发展路线图（DOE 2020 roadmap target）》 [2] ，并具体定义了燃料电池各关键材料、部件及电堆在实现大批量生产时所要达到和实现的目标，美国能源部（DOE）对催化剂、质子交换膜、膜电极、双极板的性能及指标要求见表2-3～表2-6，表2-7描述了80kW净输出车用氢燃料电池堆技术要求。这些指标可以作为产品研发过程的参考。
表2-3 美国能源部（DOE）对催化剂的性能及指标要求
①为实现系统成本目标，PGM含量与担载量目标需要更低。
②稳定性通过将25～50cm 2 的MEA在0.6～1.0V之间，于80℃下，以50mV/s采用三角波电压扫描，大气压力，100%相对湿度，H 2 为200scm 3 与N 2 为75scm 3 下的50cm 2 全电池进行测试。根据美国车用燃料电池组件加速衰减测试与极化曲线测试方案（http://www.uscar.org/commands/files_download.php?files_id=267），参考电催化剂循环与度量表。活性损失以初始催化剂质量活性为准，在测试结束后考察质量活性损失。
③稳定性通过将25～50cm 2 的MEA在1.2V，于80℃下，H 2 /N 2 气氛，150kPa绝对压力，100%相对增湿进行测试。根据美国车用燃料电池组件加速衰减测试与极化曲线测试方案（http://www.uscar.org/commands/files_download.php?files_id=267），参考电催化剂载体循环与度量表。活性损失以初始催化剂质量活性为准，在测试结束后考察质量活性损失。
④于80℃，H 2 /O 2 对MEA进行测试；全增湿，总出口压力150kPa；阳极计量比为2；阴极计量比为9.5 [Gasteiger et al. Applied Catalysis B:Environmental, 56 (2005) 9-35]。
⑤体积=活性面积×催化层厚度。
表2-4 美国能源部（DOE）对质子交换膜的性能及指标要求
①组装成MEA后在1atmO 2 或H 2 ，同等电堆操作温度，增湿气体，0.5V直流电压下测试。
②大批量生产成本（按每年生产500000套80kW电堆计算）。
③机械稳定性通过将25～50cm 2 的MEA在80℃与常压下，相对湿度0%（2min）与90℃露点（2min）两种加湿度条件下循环，两侧采用2SL/min空气流动测试。化学稳定性通过将25～50cm 2 的MEA在开路电压，90℃，氢气/空气计量比10/10且流量与0.2A/cm 2 相当，进气压力150kPa，阴极与阳极两侧相对湿度30%条件下测试。根据美国车用燃料电池组件加速衰减测试与极化曲线测试方案（http://www.uscar.org/commands/files_download.php?files_id=267），MEA化学稳定性与度量及膜机械循环与度量。
表2-5 美国能源部（DOE）对PEMFC膜电极的性能及指标要求
①大批量生产成本（按每年生产500000套80kW电堆计算）。
②需要达到或超过80℃到最高温度。依据美国车用燃料电池公司电池组件加速衰减测试与极化曲线图（http://www.uscar.org/commands/files_download.php?files_id=267），经过测试后额定功率衰减小于10%。
③0.8V下的电池性能相当于1/4额定功率。
表2-6 美国能源部（DOE）对双极板的性能及指标要求
（续）
①大批量生产成本（按每年生产500000套系统计算），假定MEA达到1000mW/cm 2 。
②根据标准气体传递测试（ASTM D1434）。
③pH3 0.1×10 -6 HF，80℃，峰值活性电流＜1×10 -6 A/cm 2 [0.1mV/s，-0.4～+0.6V（Ag/AgCl）下动电位测试]，用Ar除去空气。
④pH3 0.1×10 -6 HF，80℃，24h内峰值活性电流＜5×10 -8 A/cm 2 [+0.6V（Ag/AgCl）下动电位测试]，含空气溶液。
⑤包含界面接触电阻（刚接收时和恒电位测试之后），测量时两侧压力分别为138N/cm 2 [Wang, et al. J. Power Sources 115 (2003) 243-251]。
⑥ASTM-D 790-10关于非强化与强化塑料及绝缘材料的屈曲性能测试。
⑦依据ASTM E8M-01关于金属材料拉伸试验的标准测试方法。
表2-7 80kW净功率车用氢燃料电池堆技术要求
②功率指净功率（即电堆功率减去配件功率），体积指“箱体积”，包含死空间。
③直流输出能量与输入氢燃料的低热值之比，效率最大值出现在25%额定功率处。
④大批量生产成本（按每年生产500000套80kW电堆）。
⑤依据美国车用燃料电池公司电池组件加速衰减测试与极化曲线图（http://www.uscar.org/guest/view_team.php?teams_id=17），经过测试后额定功率衰减小于10%。
⑥ Q /Δ T i =[堆功率（90kW）×（1.25V-额定功率下电压）÷额定功率下电压]÷[堆冷却剂出口温度-环境温度（40℃）]（http://www.uscar.org/commands/files_download.php?files_id=267）。