固態(tài)儲氫讓微型車率先爆發(fā)，風冷燃料氫能電池應用前景如何？
發(fā)布時間：2023-05-18閱讀：459
2023年5月5日至5月8日，第31屆中國國際自行車展覽會在上海新國際博覽中心舉辦，展會以“更安全、更智能、更低碳”為主題，共吸引1200余家企業(yè)參展。其中，一家公司展出的一款創(chuàng)新氫能兩輪車產品，宣告新能源領域的氫能研究正式進入氫能應用領域。該公司表示該氫電兩輪車搭載了全球領先的固態(tài)儲氫技術，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公司在該行業(yè)突破的技術瓶頸以及由此產生的企業(yè)核心競爭力。從萬方數(shù)據(jù)庫中以“封閉式風冷氫燃料電池”為核心搜索詞進行專利搜索，發(fā)現(xiàn)已經布局了陰極閉式空冷燃料電池的企業(yè)如圖所示，其中排在第一位的正方科技公司已經取得了多項此領域的發(fā)明專利。1）相關專利的公布日期都在近期一兩年內，這表明作為氫能行業(yè)主要應用場景之一的燃料電池已經從水冷電堆系統(tǒng)開始向風冷電堆系統(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）目前一些知名的氫能燃料電池企業(yè)如捷氫科技等公司并沒有在相關領域進行專利布局，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，拓展風冷燃料電池相關業(yè)務并非一蹴而就。我們知道，傳統(tǒng)開放式風冷燃料電池系統(tǒng)一般將陰極反應氣體的供給和散熱結合在一起進行，這會導致兩個問題：第一個問題是因為散熱所需的風量遠大于陰極反應氣體所需的風量，從而導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扇靜壓低的原因，一般傳統(tǒng)風冷燃料電池系統(tǒng)不會添加導致大壓降的空氣過濾設備，如果當?shù)氐目諝赓|量不行，大量未經處理的低質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，相關專利表明，封閉式空冷氫能燃料電池系統(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作反應氣體供給源，這避免了污染空氣對燃料電池壽命的不利影響。如果閉式風冷燃料電池無法采用制備空氣或氧氣當作反應氣體供給源，那么其避免污染空氣對燃料電池壽命產生不利影響的優(yōu)點無法實現(xiàn)。總結來說，閉式風冷燃料電池實現(xiàn)的技術難度不高，無顯著的技術瓶頸，并且該系統(tǒng)使用當?shù)乜諝庾鳛榉磻獨怏w供給源時，還需要仔細考慮其收益是否大于花費的代價。目前，全球范圍內均是以化石能源制氫為主，國外天然氣制氫居多，中國煤制氫為主，工業(yè)副產氫也比較充足，而可再生能源制氫均是微乎其微。現(xiàn)階段氫幾乎都是作為工業(yè)原料而非能源使用。當前氫氣的生產與消費多是由合成氨、合成甲醇、煉油、煉焦等企業(yè)自產自用。歐盟在2022年6月正式通過了 “REPower EU”，要大幅提高可再生能源裝機，并在氫能領域將追加投資270億歐元，到2030年要實現(xiàn)可再生制氫產量1000萬噸和進口1000萬噸的目標（2020年的氫能戰(zhàn)略中只提到生產1000萬噸綠氫），以替代難脫碳工業(yè)和交通部門的化石燃料。同時，區(qū)域內主要國家設定了2030年電解槽安裝容量目標，以支持歐盟的戰(zhàn)略，例如，丹麥（4-6GW）、法國（6.5GW）、意大利 （5GW）、德國（5GW）和西班牙（4GW）。在歐盟外，英國也2022年4月發(fā)布計劃，到2030年將國內低碳氫產能目標從安裝5GW電解槽提高到10GW。長期以來，中國并沒有專門針對氫能和燃料電池產業(yè)的專項政策，對氫能和燃料電池產業(yè)的政策支持大都只是發(fā)展新能源汽車產業(yè)、開展能源或交通領域的科技創(chuàng)新等宏觀政策的一部分；2018年開始，在各方帶動下，國內對氫能和燃料電池的關注和支持力度明顯加大，尤其是部分地方政府明顯加大了對氫能和燃料電池汽車的支持力度。為積極貫徹“碳達峰碳中和”的宏偉目標，我國加快構建氫能體系，推進氫能產業(yè)政策規(guī)劃及制訂。頂層設計《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）中》明確：氫能是未來國家能源體系的重要組成部分。（氫、電、熱能融合）氫能是用能終端實現(xiàn)綠色低碳轉型的重要載體。（綠氫，工業(yè)交通等重點領域應用）氫能產業(yè)是戰(zhàn)略性新興產業(yè)和未來產業(yè)重點發(fā)展方向。據(jù)統(tǒng)計，截至2022年12月底，我國25個省市及自治區(qū)共公開發(fā)布氫能及燃料電池產業(yè)專項政策276項。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，結構和控制更加復雜，但起步更早。盡管目前很多水冷燃料電池系統(tǒng)產商經過多年發(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)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、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，亟需技術突破以促進其進一步的推廣運用，其中的技術攻關細節(jié)便是相關企業(yè)的寶貴財富和沉淀價值。滴滴氫能春雨滋潤燃料電池產業(yè)，讓其茁壯成長。在此背景下，燃料電池產業(yè)從運用于乘用車、商務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，這對緩解人們氫是危化品的傳統(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。正方科技創(chuàng)立于2005年，是一家以“智能鋰電池模組/鋰電池BMS管理系統(tǒng)整體研發(fā)、智能制造及銷售”的高新技術企業(yè)。
公司基于新能源電池智能管理系統(tǒng)（BMS)的研發(fā)、設計、智能制造能力，逐漸形成了以叉車供電系統(tǒng)、無人機供電系統(tǒng)、新能源儲能系統(tǒng)、電動車供電系統(tǒng)、影視供電系統(tǒng)、氫燃料供電系統(tǒng)為主的六大業(yè)務板塊。
其中在氫燃料供電系統(tǒng)的研發(fā)，公司已經進行了多年研發(fā)，并且與大連物理化學研究所等機構合作開發(fā)，取得了多項專利。隨著時間的推移，我們相信在氫能源燃料電池領域的研究會越來越深入，并取得進一步的研發(fā)成果。![]()
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