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事件背景

2023年5月5日，上海滿電未來智能科技有限公司作為“永久出行”品牌運營商，攜自主研發(fā)的出行創(chuàng)新氫能兩輪車產(chǎn)品在第三十一屆中國國際自行車展覽會上亮相，宣告其正式進入氫能應(yīng)用領(lǐng)域。該公司表示該氫電兩輪車搭載了全球領(lǐng)先的固態(tài)儲氫技術(shù)，采用了行業(yè)先進的陰極閉式空冷金屬雙極板燃料電池及熱管理系統(tǒng)。

鑒于氫能產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，從事氫能及燃料電池行業(yè)的公司越來越多，投資者越來越重視相關(guān)公司在該行業(yè)突破的技術(shù)瓶頸以及由此產(chǎn)生的企業(yè)核心競爭力。于是，很多人對該公司著重強調(diào)的陰極閉式空冷雙極板燃料電池及熱管理系統(tǒng)感興趣，想明白是否是重要的技術(shù)突破，具有投資價值。 

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專利與技術(shù)先進性分析

筆者從萬方數(shù)據(jù)庫中以“陰極閉式空冷燃料電池”為核心搜索詞進行專利搜索，發(fā)現(xiàn)布局陰極閉式空冷燃料電池的企業(yè)如圖2所示�？梢缘玫絻蓚�信息：

1）相關(guān)專利的公布日期都非常新；這表明作為氫能行業(yè)主要應(yīng)用場景之一的燃料電池已經(jīng)從水冷電堆系統(tǒng)開始向風(fēng)冷電堆系統(tǒng)擴展，一般來說，水冷電堆系統(tǒng)功率大，適用于乘用車和商用車等場景，風(fēng)冷系統(tǒng)功率較小，適用于雙輪車、三輪車、觀光車、無人機、小功率無人船等系統(tǒng)。

2）目前頭部燃料電池企業(yè)如捷氫科技、億華通等公司沒有在相關(guān)領(lǐng)域進行專利布局，這表明傳統(tǒng)水冷燃料電池系統(tǒng)企業(yè)具有固定的發(fā)展慣性，拓展風(fēng)冷燃料電池相關(guān)業(yè)務(wù)并不容易，故而風(fēng)冷燃料電池領(lǐng)域也可能出現(xiàn)如捷氫科技、億華通等頭部企業(yè)。

圖2陰極閉式空冷燃料電池的專利布局企業(yè)

圖3展示了陰極閉式風(fēng)冷燃料電池的實現(xiàn)原理。如圖所示，陰極閉口燃料電池主要通過兩種方式實現(xiàn)。方案1是將傳統(tǒng)的雙極板拆分為陰極板和陽極板，并在陰極板（發(fā)生氧還原反應(yīng)的發(fā)熱區(qū)域）或陰極板和陽極板的背面增加散熱區(qū)域；方案2是用導(dǎo)熱性好的材料與雙極板相連接后使電堆的發(fā)熱經(jīng)由該導(dǎo)熱材料導(dǎo)出至散熱系統(tǒng)進行散熱。

 圖3兩種陰極閉口燃料電池實現(xiàn)方式

傳統(tǒng)開放式風(fēng)冷燃料電池系統(tǒng)一般將陰極反應(yīng)氣體的供給和散熱結(jié)合在一起進行，這會導(dǎo)致兩個問題：第一個問題是因為散熱所需的風(fēng)量遠大于陰極反應(yīng)氣體所需的風(fēng)量，從而導(dǎo)致燃料電池的膜電極容易被吹干，不容易在最佳工作狀態(tài)下運行，使得電池性能下降并降低氫氣利用率；第二個問題是由于風(fēng)扇靜壓低的原因，一般傳統(tǒng)風(fēng)冷燃料電池系統(tǒng)不會添加導(dǎo)致大壓降的空氣過濾設(shè)備，如果當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量不行，大量未經(jīng)處理的低質(zhì)量空氣直接吹到膜電極表面，這會顯著降低燃料電池系統(tǒng)的壽命。

故而，相關(guān)專利表明，陰極閉式空冷燃料電池系統(tǒng)主要存在如下兩個優(yōu)點：第一個優(yōu)點是電堆散熱和反應(yīng)氣體的供給分開進行，這有利于維持燃料電池運行時膜電極內(nèi)部的水分，從而使燃料電池性能維持在最佳狀態(tài)，提升燃料利用率。此外，與開放式系統(tǒng)相比，第二個優(yōu)點是閉式系統(tǒng)可以使用制備空氣或氧氣當(dāng)作反應(yīng)氣體供給源，這避免了污染空氣對燃料電池壽命的不利影響。

如果閉式風(fēng)冷燃料電池?zé)o法采用制備空氣或氧氣當(dāng)作反應(yīng)氣體供給源，那么其避免污染空氣對燃料電池壽命產(chǎn)生不利影響的優(yōu)點無法實現(xiàn)。此外，如圖4所示，閉式風(fēng)冷燃料電池因為將雙極板替換成了陰極板和陽極板，這極大地降低了燃料電池電堆的功率密度。并且，閉式風(fēng)冷電堆系統(tǒng)將散熱和陰極反應(yīng)氣體的供給分離，使得散熱系統(tǒng)和陰極反應(yīng)氣體的供給系統(tǒng)分別需要相關(guān)動力設(shè)備，從而增加了系統(tǒng)復(fù)雜度和系統(tǒng)購置成本。但如果考慮將電解水系統(tǒng)的產(chǎn)生的純氧作為閉式風(fēng)冷燃料電池的燃料，由于燃料電池在純氧工況下的性能要遠高于空氣工況下的性能，從而充分展現(xiàn)閉式風(fēng)冷燃料電池性能穩(wěn)定提升和壽命提升的優(yōu)點�？偨Y(jié)來說，筆者認為閉式風(fēng)冷燃料電池實現(xiàn)的技術(shù)難度不高，無顯著的技術(shù)瓶頸，并且該系統(tǒng)使用當(dāng)?shù)乜諝庾鳛榉磻?yīng)氣體供給源時，還需要仔細考慮其收益是否大于花費的代價。

圖4開式和閉式風(fēng)冷燃料電池裝配示意圖

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行業(yè)發(fā)展趨勢

2021年10月，濮耐股份以1080萬元受讓了平陽謀和股權(quán)投資合伙企業(yè)（有限合伙）21.6%的LP份額，間接投資了攀業(yè)氫能。2022年2月28日，佛山市攀業(yè)氫能源有限公司中標佛山市南海區(qū)丹灶鎮(zhèn)廣仁旅游文化發(fā)展有限公司發(fā)布的仙湖氫谷特色小鎮(zhèn)氫交通示范運營服務(wù)項目，該標的總計603.51萬元，共包括70輛氫能共享雙輪車、2艘氫能船舶、1輛氫能環(huán)衛(wèi)車和1套儲加注一體化撬裝裝置及相關(guān)運營服務(wù)。2023年3月6日，濮耐股份發(fā)布公告稱，擬追加攀業(yè)氫能3000萬元投資。

2022年，斗山創(chuàng)新推出了DT30N氫燃料電池多旋翼無人機平臺并完成了單程60km的飛行以及往返30km的巡檢運用，實現(xiàn)了超視距長續(xù)航的燃料電池?zé)o人機突破。2022年9月28日，永安行科技股份有限公司宣布永安行氫能自行車Alpha系列上市。2023年3月18日，永安行繼續(xù)對外發(fā)布了微型太陽能制充氫一體機，首次解決用戶充氫痛點問題。并且該公司表示，將在2023年陸續(xù)推出Beta系列和Gamma系列氫能自行車。2023年4月30日，在2023U.I.M.F1摩托艇世界錦標賽中國鄭州大獎賽期間，搭載風(fēng)清揚科技3kW空冷燃料電池系統(tǒng)的中國第一艘氫能競賽原型動力艇在鄭東新區(qū)龍湖水域下水并成功首航。

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總結(jié)

按照冷卻方式劃分，燃料電池可以分為水冷燃料電池系統(tǒng)和空冷燃料電池系統(tǒng)。水冷燃料電池系統(tǒng)額定功率更高，結(jié)構(gòu)和控制更加復(fù)雜，但起步更早。盡管目前很多水冷燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)商經(jīng)過多年發(fā)展均推出了各自的電堆系統(tǒng)并成功示范運行，但根據(jù)筆者參與的國家重點研發(fā)項目來看，即使是水冷燃料電池系統(tǒng)頭部企業(yè)，在動態(tài)響應(yīng)、實際運行狀況的電堆壽命、運行穩(wěn)定性、嚴苛環(huán)境耐受性等方面的實際運行表現(xiàn)仍存在很大的進步空間，亟需技術(shù)突破以促進其進一步的推廣運用，其中的技術(shù)攻關(guān)細節(jié)便是相關(guān)企業(yè)的寶貴財富和沉淀價值。

滴滴氫能春雨滋潤燃料電池產(chǎn)業(yè)，讓其茁壯成長。在此背景下，燃料電池產(chǎn)業(yè)從運用于乘用車、商務(wù)車的大功率水冷電堆系統(tǒng)逐步向無人機、叉車、自行車等小功率風(fēng)冷電堆系統(tǒng)擴展。其中，雙輪車更是以共享的形式進行投放，避免了前期高昂的購置成本，毫無疑問，這對緩解人們氫是�；�品的傳統(tǒng)認知，增強氫是能源體系一部分的新認知具有重要的作用，由此而產(chǎn)生的巨大市場前景非常有想象力，因而也獲得了資本的青睞。

傳統(tǒng)的開放式風(fēng)冷電堆系統(tǒng)具有運行參數(shù)不易控制、電堆最佳性能不易保持以及缺乏有效過濾壽命受工作環(huán)境影響大等顯著的缺點，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略比較簡單，不容易形成技術(shù)護城河，相關(guān)公司的優(yōu)勢在于保濕膜電極的設(shè)計、完備的生產(chǎn)線和積極的上下游關(guān)系。然而滿電未來在其雙輪車產(chǎn)品中使用的閉式風(fēng)冷燃料電池系統(tǒng)如果能夠配合電解水產(chǎn)生的純氧進行反應(yīng)氣體的供給，具有解決傳統(tǒng)開放式風(fēng)冷燃料電池系統(tǒng)運行參數(shù)不易控制和壽命受運行環(huán)境影響大的潛力，在此基礎(chǔ)上形成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略具有成為該公司技術(shù)護城河的可能。

       原文標題 : 固態(tài)儲氫讓氫能微型車率先爆發(fā)，新物種風(fēng)冷燃料電池成色幾何？