固态储氢让氢能微型车率先爆发，新物种风冷燃料电池成色几何？

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事件背景

2023年5月5日，上海满电未来智能科技有限公司作为“永久出行”品牌运营商，携自主研发的出行创新氢能两轮车产品在第三十一届中国国际自行车展览会上亮相，宣告其正式进入氢能应用领域。该公司表示该氢电两轮车搭载了全球领先的固态储氢技术，采用了行业先进的阴极闭式空冷金属双极板燃料电池及热管理系统。

鉴于氢能产业的不断发展，从事氢能及燃料电池行业的公司越来越多，投资者越来越重视相关公司在该行业突破的技术瓶颈以及由此产生的企业核心竞争力。于是，很多人对该公司着重强调的阴极闭式空冷双极板燃料电池及热管理系统感兴趣，想明白是否是重要的技术突破，具有投资价值。

图1 满电未来氢能双轮车

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专利与技术先进性分析

笔者从万方数据库中以“阴极闭式空冷燃料电池”为核心搜索词进行专利搜索，发现布局阴极闭式空冷燃料电池的企业如图2所示。可以得到两个信息：

1）相关专利的公布日期都非常新；这表明作为氢能行业主要应用场景之一的燃料电池已经从水冷电堆系统开始向风冷电堆系统扩展，一般来说，水冷电堆系统功率大，适用于乘用车和商用车等场景，风冷系统功率较小，适用于双轮车、三轮车、观光车、无人机、小功率无人船等系统。

2）目前头部燃料电池企业如捷氢科技、亿华通等公司没有在相关领域进行专利布局，这表明传统水冷燃料电池系统企业具有固定的发展惯性，拓展风冷燃料电池相关业务并不容易，故而风冷燃料电池领域也可能出现如捷氢科技、亿华通等头部企业。

2 阴极闭式空冷燃料电池的专利布局企业

图3展示了阴极闭式风冷燃料电池的实现原理。如图所示，阴极闭口燃料电池主要通过两种方式实现。方案1是将传统的双极板拆分为阴极板和阳极板，并在阴极板（发生氧还原反应的发热区域）或阴极板和阳极板的背面增加散热区域；方案2是用导热性好的材料与双极板相连接后使电堆的发热经由该导热材料导出至散热系统进行散热。

图3 两种阴极闭口燃料电池实现方式

传统开放式风冷燃料电池系统一般将阴极反应气体的供给和散热结合在一起进行，这会导致两个问题：第一个问题是因为散热所需的风量远大于阴极反应气体所需的风量，从而导致燃料电池的膜电极容易被吹干，不容易在最佳工作状态下运行，使得电池性能下降并降低氢气利用率；第二个问题是由于风扇静压低的原因，一般传统风冷燃料电池系统不会添加导致大压降的空气过滤设备，如果当地的空气质量不行，大量未经处理的低质量空气直接吹到膜电极表面，这会显著降低燃料电池系统的寿命。

故而，相关专利表明，阴极闭式空冷燃料电池系统主要存在如下两个优点：第一个优点是电堆散热和反应气体的供给分开进行，这有利于维持燃料电池运行时膜电极内部的水分，从而使燃料电池性能维持在最佳状态，提升燃料利用率。此外，与开放式系统相比，第二个优点是闭式系统可以使用制备空气或氧气当作反应气体供给源，这避免了污染空气对燃料电池寿命的不利影响。

如果闭式风冷燃料电池无法采用制备空气或氧气当作反应气体供给源，那么其避免污染空气对燃料电池寿命产生不利影响的优点无法实现。此外，如图4所示，闭式风冷燃料电池因为将双极板替换成了阴极板和阳极板，这极大地降低了燃料电池电堆的功率密度。并且，闭式风冷电堆系统将散热和阴极反应气体的供给分离，使得散热系统和阴极反应气体的供给系统分别需要相关动力设备，从而增加了系统复杂度和系统购置成本。但如果考虑将电解水系统的产生的纯氧作为闭式风冷燃料电池的燃料，由于燃料电池在纯氧工况下的性能要远高于空气工况下的性能，从而充分展现闭式风冷燃料电池性能稳定提升和寿命提升的优点。总结来说，笔者认为闭式风冷燃料电池实现的技术难度不高，无显著的技术瓶颈，并且该系统使用当地空气作为反应气体供给源时，还需要仔细考虑其收益是否大于花费的代价。

图4 开式和闭式风冷燃料电池装配示意图

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行业发展趋势

2021年10月，濮耐股份以1080万元受让了平阳谋和股权投资合伙企业（有限合伙）21.6%的LP份额，间接投资了攀业氢能。2022年2月28日，佛山市攀业氢能源有限公司中标佛山市南海区丹灶镇广仁旅游文化发展有限公司发布的仙湖氢谷特色小镇氢交通示范运营服务项目，该标的总计603.51万元，共包括70辆氢能共享双轮车、2艘氢能船舶、1辆氢能环卫车和1套储加注一体化撬装装置及相关运营服务。2023年3月6日，濮耐股份发布公告称，拟追加攀业氢能3000万元投资。

2022年，斗山创新推出了DT30N氢燃料电池多旋翼无人机平台并完成了单程60km的飞行以及往返30km的巡检运用，实现了超视距长续航的燃料电池无人机突破。2022年9月28日，永安行科技股份有限公司宣布永安行氢能自行车Alpha系列上市。2023年3月18日，永安行继续对外发布了微型太阳能制充氢一体机，首次解决用户充氢痛点问题。并且该公司表示，将在2023年陆续推出Beta系列和Gamma系列氢能自行车。2023年4月30日，在2023U.I.M.F1摩托艇世界锦标赛中国郑州大奖赛期间，搭载风清扬科技3kW空冷燃料电池系统的中国第一艘氢能竞赛原型动力艇在郑东新区龙湖水域下水并成功首航。

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总结

按照冷却方式划分，燃料电池可以分为水冷燃料电池系统和空冷燃料电池系统。水冷燃料电池系统额定功率更高，结构和控制更加复杂，但起步更早。尽管目前很多水冷燃料电池系统产商经过多年发展均推出了各自的电堆系统并成功示范运行，但根据笔者参与的国家重点研发项目来看，即使是水冷燃料电池系统头部企业，在动态响应、实际运行状况的电堆寿命、运行稳定性、严苛环境耐受性等方面的实际运行表现仍存在很大的进步空间，亟需技术突破以促进其进一步的推广运用，其中的技术攻关细节便是相关企业的宝贵财富和沉淀价值。

滴滴氢能春雨滋润燃料电池产业，让其茁壮成长。在此背景下，燃料电池产业从运用于乘用车、商务车的大功率水冷电堆系统逐步向无人机、叉车、自行车等小功率风冷电堆系统扩展。其中，双轮车更是以共享的形式进行投放，避免了前期高昂的购置成本，毫无疑问，这对缓解人们氢是危化品的传统认知，增强氢是能源体系一部分的新认知具有重要的作用，由此而产生的巨大市场前景非常有想象力，因而也获得了资本的青睐。

传统的开放式风冷电堆系统具有运行参数不易控制、电堆最佳性能不易保持以及缺乏有效过滤寿命受工作环境影响大等显著的缺点，这种系统结构和控制策略比较简单，不容易形成技术护城河，相关公司的优势在于保湿膜电极的设计、完备的生产线和积极的上下游关系。然而满电未来在其双轮车产品中使用的闭式风冷燃料电池系统如果能够配合电解水产生的纯氧进行反应气体的供给，具有解决传统开放式风冷燃料电池系统运行参数不易控制和寿命受运行环境影响大的潜力，在此基础上形成的系统结构和控制策略具有成为该公司技术护城河的可能。

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