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          固態儲氫讓微型車率先爆發,風冷燃料氫能電池應用前景如何?

          作者:admin 瀏覽:354 發表時間:2023-05-12 11:31:10
          01 氫能進入實用領域

          af81375a1365ec3f567c755782e53403.jpeg
          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余家企業參展。
          其中,一家公司展出的一款創新氫能兩輪車產品,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。
          02 專利與技術先進性分析
          從萬方數據庫中以“封閉式風冷氫燃料電池”為核心搜索詞進行專利搜索,發現已經布局了陰極閉式空冷燃料電池的企業如圖所示,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明專利。
          QQ截圖20230512094917.jpg
          從中,我們可以得到一些信息:
          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)目前一些知名的氫能燃料電池企業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非一蹴而就。
          我們知道,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,封閉式空冷氫能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。
          總結來說,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。
          03  氫能行業發展趨勢
          v2-1b3c4f3ea6c6eeb5c7a8173a01ab08e9_r.jpg
          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,工業副產氫也比較充足,而可再生能源制氫均是微乎其微。現階段氫幾乎都是作為工業原料而非能源使用。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年的氫能戰略中只提到生產1000萬噸綠氫),以替代難脫碳工業和交通部門的化石燃料。同時,區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的專項政策,對氫能和燃料電池產業的政策支持大都只是發展新能源汽車產業、開展能源或交通領域的科技創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,推進氫能產業政策規劃及制訂。頂層設計《氫能產業發展中長期規劃(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綠色低碳轉型的重要載體。(綠氫,工業交通等重點領域應用)
          氫能產業是戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。
          據統計,截至2022年12月底,我國25個省市及自治區共公開發布氫能及燃料電池產業專項政策276項。
          04   總結
          QQ截圖20230512102824.jpg
          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。
          正方科技創立于2005年,是一家以“智能鋰電池模組/鋰電池BMS管理系統整體研發、智能制造及銷售”的高新技術企業。
          公司基于新能源電池智能管理系統(BMS)的研發、設計、智能制造能力,逐漸形成了以叉車供電系統、無人機供電系統、新能源儲能系統、電動車供電系統、影視供電系統、氫燃料供電系統為主的六大業務板塊。
          其中在氫燃料供電系統的研發,公司已經進行了多年研發,并且與大連物理化學研究所等機構合作開發,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成果。
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          固態儲氫讓微型車率先爆發,風冷燃料氫能電池應用前景如何?
          01 氫能進入實用領域

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          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余家企業參展。
          其中,一家公司展出的一款創新氫能兩輪車產品,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。
          02 專利與技術先進性分析
          從萬方數據庫中以“封閉式風冷氫燃料電池”為核心搜索詞進行專利搜索,發現已經布局了陰極閉式空冷燃料電池的企業如圖所示,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明專利。
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          從中,我們可以得到一些信息:
          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)目前一些知名的氫能燃料電池企業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非一蹴而就。
          我們知道,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,封閉式空冷氫能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。
          總結來說,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。
          03  氫能行業發展趨勢
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          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年的氫能戰略中只提到生產1000萬噸綠氫),以替代難脫碳工業和交通部門的化石燃料。同時,區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的專項政策,對氫能和燃料電池產業的政策支持大都只是發展新能源汽車產業、開展能源或交通領域的科技創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,推進氫能產業政策規劃及制訂。頂層設計《氫能產業發展中長期規劃(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綠色低碳轉型的重要載體。(綠氫,工業交通等重點領域應用)
          氫能產業是戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。
          據統計,截至2022年12月底,我國25個省市及自治區共公開發布氫能及燃料電池產業專項政策276項。
          04   總結
          QQ截圖20230512102824.jpg
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          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。
          正方科技創立于2005年,是一家以“智能鋰電池模組/鋰電池BMS管理系統整體研發、智能制造及銷售”的高新技術企業。
          公司基于新能源電池智能管理系統(BMS)的研發、設計、智能制造能力,逐漸形成了以叉車供電系統、無人機供電系統、新能源儲能系統、電動車供電系統、影視供電系統、氫燃料供電系統為主的六大業務板塊。
          其中在氫燃料供電系統的研發,公司已經進行了多年研發,并且與大連物理化學研究所等機構合作開發,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成果。
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