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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，攜自主研發的出行創新氫能兩輪車產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用領域。該公司表示該氫電兩輪車搭載了全球領先的固態儲氫技術，采用了行業先進的陰極閉式空冷金屬雙極板燃料電池及熱管理系統。

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

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專利與技術先進性分析

筆者從萬方數據庫中以“陰極閉式空冷燃料電池”為核心搜索詞進行專利搜索，發現布局陰極閉式空冷燃料電池的企業如圖2所示。可以得到兩個信息：

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

2）目前頭部燃料電池企業如捷氫科技、億華通等公司沒有在相關領域進行專利布局，這表明傳統水冷燃料電池系統企業具有固定的發展慣性，拓展風冷燃料電池相關業務并不容易，故而風冷燃料電池領域也可能出現如捷氫科技、億華通等頭部企業。

圖2陰極閉式空冷燃料電池的專利布局企業

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

 圖3兩種陰極閉口燃料電池實現方式

傳統開放式風冷燃料電池系統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，一般傳統風冷燃料電池系統不會添加導致大壓降的空氣過濾設備，如果當地的空氣質量不行，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的壽命。

故而，相關專利表明，陰極閉式空冷燃料電池系統主要存在如下兩個優點：第一個優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，提升燃料利用率。此外，與開放式系統相比，第二個優點是閉式系統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點無法實現。此外，如圖4所示，閉式風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，閉式風冷電堆系統將散熱和陰極反應氣體的供給分離，使得散熱系統和陰極反應氣體的供給系統分別需要相關動力設備，從而增加了系統復雜度和系統購置成本。但如果考慮將電解水系統的產生的純氧作為閉式風冷燃料電池的燃料，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，從而充分展現閉式風冷燃料電池性能穩定提升和壽命提升的優點。總結來說，筆者認為閉式風冷燃料電池實現的技術難度不高，無顯著的技術瓶頸，并且該系統使用當地空氣作為反應氣體供給源時，還需要仔細考慮其收益是否大于花費的代價。

圖4開式和閉式風冷燃料電池裝配示意圖

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行業發展趨勢

2021年10月，濮耐股份以1080萬元受讓了平陽謀和股權投資合伙企業（有限合伙）21.6%的LP份額，間接投資了攀業氫能。2022年2月28日，佛山市攀業氫能源有限公司中標佛山市南海區丹灶鎮廣仁旅游文化發展有限公司發布的仙湖氫谷特色小鎮氫交通示范運營服務項目，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輛氫能環衛車和1套儲加注一體化撬裝裝置及相關運營服務。2023年3月6日，濮耐股份發布公告稱，擬追加攀業氫能3000萬元投資。

2022年，斗山創新推出了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，實現了超視距長續航的燃料電池無人機突破。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，永安行繼續對外發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，搭載風清揚科技3kW空冷燃料電池系統的中國第一艘氫能競賽原型動力艇在鄭東新區龍湖水域下水并成功首航。

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總結

按照冷卻方式劃分，燃料電池可以分為水冷燃料電池系統和空冷燃料電池系統。水冷燃料電池系統額定功率更高，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產商經過多年發展均推出了各自的電堆系統并成功示范運行，但根據筆者參與的國家重點研發項目來看，即使是水冷燃料電池系統頭部企業，在動態響應、實際運行狀況的電堆壽命、運行穩定性、嚴苛環境耐受性等方面的實際運行表現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便是相關企業的寶貴財富和沉淀價值。

滴滴氫能春雨滋潤燃料電池產業，讓其茁壯成長。在此背景下，燃料電池產業從運用于乘用車、商務車的大功率水冷電堆系統逐步向無人機、叉車、自行車等小功率風冷電堆系統擴展。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。

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

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