“21世紀(jì)最冷的冬天”“55年來(lái)氣溫最低值”“全國(guó)近9成國(guó)土冷如鉆冰箱”……這個(gè)冬天，寒潮侵襲一輪又一輪。上輪寒潮中，全國(guó)降溫幅度超過(guò)12℃的面積達(dá)122.7萬(wàn)平方公里。這兩天，打開(kāi)手機(jī)發(fā)現(xiàn)下輪寒潮又將來(lái)臨，不禁令人感到“瑟瑟發(fā)抖”。

　　潑水成冰的氣溫之下，新能源汽車的“低溫焦慮”再次凸現(xiàn)，續(xù)航里程明顯下降、冷啟動(dòng)困難等問(wèn)題導(dǎo)致各種“尷尬”，比如電池快速衰減導(dǎo)致的趴窩，比如新能源公交車上使用燃油小鍋爐為空調(diào)加溫。近幾年發(fā)展迅速的氫燃料電池汽車也不能“幸免”：由于燃料電池在零下環(huán)境時(shí)，其反應(yīng)生成物——水會(huì)因低溫而凍結(jié)，造成燃料電池性能無(wú)法正常輸出，導(dǎo)致燃料電池整車無(wú)法啟動(dòng)?？縿?dòng)力電池放電加熱、室內(nèi)電源保溫等都只是“權(quán)宜之計(jì)”，依靠外部輔助不僅增加系統(tǒng)成本，而且大大降低了使用的便利性。

　　

　　MH170金屬板電堆溫度變化曲線圖

　　為了打破“低溫焦慮”，國(guó)內(nèi)外氫燃料電池相關(guān)企業(yè)紛紛布局低溫啟動(dòng)技術(shù)攻關(guān)，然而，自2014年豐田宣布實(shí)現(xiàn)-30℃低溫啟動(dòng)后，行業(yè)內(nèi)再無(wú)突破性進(jìn)展。直到近日，驥翀氫能宣布順利實(shí)現(xiàn)MH170金屬板電堆在無(wú)輔助熱源條件下-39℃成功啟動(dòng)，創(chuàng)下國(guó)內(nèi)外燃料電池領(lǐng)域電堆無(wú)輔助低溫啟動(dòng)紀(jì)錄。

　　本次“創(chuàng)紀(jì)錄”為燃料電池行業(yè)的發(fā)展注入“強(qiáng)心劑”。驥翀氫能董事長(zhǎng)付宇表示，MH170金屬板電堆建立起了燃料電池行業(yè)的無(wú)輔助低溫啟動(dòng)的技術(shù)標(biāo)桿，實(shí)現(xiàn)了國(guó)際領(lǐng)先。在市場(chǎng)方面，低溫技術(shù)的提升有利于市場(chǎng)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，不僅能夠輕松覆蓋中國(guó)北方極寒地區(qū)，更為日后擴(kuò)展國(guó)外市場(chǎng)做好了鋪墊。對(duì)于燃料電池行業(yè)來(lái)說(shuō)，低溫性能的跨越式提高意味著其與低溫下續(xù)航嚴(yán)重縮水的鋰電池的競(jìng)爭(zhēng)合作中，又添一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

　　低溫啟動(dòng)是影響燃料電池商業(yè)化的重要因素

　　隨著氣候變暖不斷加劇，淘汰燃油汽車、發(fā)展新能源汽車成為全球性議題。各國(guó)政府先后公布了禁售燃油車的時(shí)間計(jì)劃后，我國(guó)時(shí)間表也逐漸明晰，海南一馬當(dāng)先，將率先于2030年禁售燃油車。這一切表明，新能源替代的步伐將越來(lái)越快。

　　過(guò)去幾年，在新能源汽車行業(yè)，我國(guó)主要在走鋰電的路線，但是鋰電存在的巡航里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)、電池載重量小、環(huán)境適應(yīng)性差、依賴電網(wǎng)等問(wèn)題，低溫環(huán)境下續(xù)航能力大幅縮減更是嚴(yán)重阻礙著行業(yè)的發(fā)展。

　　一般而言，鋰離子電池的性能在接近零度時(shí)急劇下降，-20 ℃幾乎不能正常工作了。低溫下頻繁充放電會(huì)嚴(yán)重惡化動(dòng)力電池的壽命，并且容易導(dǎo)致負(fù)極析鋰而帶來(lái)安全隱患。但是，針對(duì)鋰離子動(dòng)力電池低溫性能的改進(jìn)措施會(huì)對(duì)其它一些技術(shù)指標(biāo)比如循環(huán)性和能量密度等帶來(lái)較大的負(fù)面影響，并且導(dǎo)致電芯成本的攀升。

　　在我國(guó)東北地區(qū)，電動(dòng)汽車行駛續(xù)航里程最多縮減44%。如果長(zhǎng)時(shí)間在低溫環(huán)境下使用，或者在-40℃低溫下時(shí)，鋰離子電池可能會(huì)被“凍壞”造成永久損害。

　　

　　金屬板電堆MH170

　　燃料電池則具有彌補(bǔ)鋰電池這一短板的潛力。據(jù)付宇介紹，燃料電池的優(yōu)勢(shì)是長(zhǎng)續(xù)航、大載重、不依賴電網(wǎng)，恰好與鋰電子電池形成互補(bǔ)，如果能夠解決低溫啟動(dòng)問(wèn)題，將釋放更大的商業(yè)潛力。

　　事實(shí)上，低溫冷啟動(dòng)一直被認(rèn)為是影響燃料電池汽車商業(yè)化的因素之一?！氨举|(zhì)上是技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。首先是鋰電池和燃料電池兩種技術(shù)路線之間的競(jìng)爭(zhēng)，低溫能力里是燃料電池相較于鋰電池的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，低溫能力越強(qiáng)優(yōu)勢(shì)越明顯;其次是燃料電池行業(yè)內(nèi)部石墨板與金屬板兩種技術(shù)路線之間的競(jìng)爭(zhēng)，石墨板熱容大，導(dǎo)致低溫啟動(dòng)能力弱于金屬板，所以石墨板大部分只能應(yīng)用在南方;最后就是金屬板本身的競(jìng)爭(zhēng)，低溫能力越強(qiáng)，適應(yīng)的溫度范圍就越廣，市場(chǎng)就越大?！备队罱忉?。

　　近兩年來(lái)，除了燃料電池企業(yè)加緊低溫冷啟動(dòng)技術(shù)的研發(fā)之外，上汽集團(tuán)、東風(fēng)汽車、宇通客車等車企也紛紛進(jìn)行燃料電池低溫啟動(dòng)的整車實(shí)驗(yàn)。但是都以有輔助啟動(dòng)為主，仍舊無(wú)人能夠在無(wú)輔助的情況下超越-30 ℃低溫啟動(dòng)。

　　低溫啟動(dòng)的核心優(yōu)勢(shì)：無(wú)輔助

　　此次，驥翀氫能超越創(chuàng)下國(guó)內(nèi)外燃料電池領(lǐng)域電堆無(wú)輔助低溫啟動(dòng)紀(jì)錄并非偶然，而是源于其爭(zhēng)當(dāng)行業(yè)頭部的規(guī)劃和決心。成立于2018年的驥翀氫能是一家專注于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氫燃料電池電堆研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的科技公司，于2020年發(fā)布了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全國(guó)產(chǎn)化大功率金屬板電堆MH170。

　　付宇表示，企業(yè)在成立、研發(fā)之初，就意識(shí)到了低溫啟動(dòng)在商業(yè)化中的重要性，因此對(duì)MH170的設(shè)計(jì)處處考慮如何在低溫啟動(dòng)方面實(shí)現(xiàn)行業(yè)突破。

　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上大多數(shù)燃料電池汽車低溫啟動(dòng)性能的方法主要加熱和保溫。這些方法中大部分屬于輔助方法，但是輔助性冷啟動(dòng)會(huì)增加系統(tǒng)的體積和重量，同時(shí)會(huì)增加操作的復(fù)雜性和附加成本。

　　如果要解決這些問(wèn)題，就要探索無(wú)輔助低溫啟動(dòng)技術(shù)。付宇表示技術(shù)的難點(diǎn)在于：溫度越低，燃料電池性能越低，產(chǎn)生的電和熱越少，如何提升電堆放熱，同時(shí)降低電堆升溫所需要的熱量?這個(gè)過(guò)程中，還要兼顧成本，并且不能影響電池壽命。“這幾點(diǎn)綜合在一起，難度很大?！?/p>

　　

　　金屬板電堆MH170接受低溫監(jiān)測(cè)

　　為了攻克技術(shù)難關(guān)，驥翀氫能從原材料、膜電極和雙極板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、啟動(dòng)策略三方面入手，付宇表示：“我們采用金屬板路線，金屬板很薄，熱容比石墨板低，進(jìn)而降低整個(gè)電堆的熱容，更容易實(shí)現(xiàn)低溫啟動(dòng)。在膜電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，無(wú)論是催化層還是擴(kuò)散層，我們都選用了特殊結(jié)構(gòu)，保證一定的容冰能力，同時(shí)在雙極板的流道設(shè)計(jì)中避免冰凍堵塞。”

　　MH170具有極佳的低溫啟動(dòng)優(yōu)勢(shì)。本次低溫啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)前后15次，電堆性能未見(jiàn)任何衰減。另外，與市場(chǎng)上的輔助低溫啟動(dòng)產(chǎn)品相比，MH170的核心優(yōu)勢(shì)在于“無(wú)輔助”低溫啟動(dòng)，“不需要?jiǎng)恿﹄姵厝テヅ?，不需要外加熱源，極大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)的體積和成本。”付宇解釋道。

　　市場(chǎng)與技術(shù)的雙重突破

　　市場(chǎng)方面， MH170已經(jīng)完成電堆和所匹配燃料電池系統(tǒng)的國(guó)標(biāo)強(qiáng)檢，按照計(jì)劃將于2021年上半年正式進(jìn)入市場(chǎng)階段，這意味著-39℃低溫啟動(dòng)技術(shù)將成功應(yīng)用于市場(chǎng)，這一溫度范圍基本可以覆蓋我國(guó)絕大部分區(qū)域，減輕使用者的“低溫焦慮”，提升使用感。

　　付宇表示：“-39℃低溫啟動(dòng)意味著我們的產(chǎn)品不僅適應(yīng)南方市場(chǎng)，還能適應(yīng)北方市場(chǎng)，隨著“一帶一路”的延伸和公司的長(zhǎng)期發(fā)展，甚至能夠進(jìn)入俄羅斯、中亞等極寒市場(chǎng)。”

　　在技術(shù)方面，日本車企和韓國(guó)車企一直走在氫燃料電池汽車研發(fā)領(lǐng)域的前列，而MH170金屬板電堆-39℃成功低溫啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)了一次國(guó)內(nèi)技術(shù)的超越式發(fā)展。付宇非?？隙ǖ乇硎荆骸斑@次，我們不是超越國(guó)外頂尖技術(shù)，而是為燃料電池行業(yè)樹(shù)立起了低溫啟動(dòng)的技術(shù)標(biāo)桿。”

來(lái)源：http://city.ce.cn/cjzx/202101/18/t20210118_7303146.shtml

責(zé)任編輯：趙洋 校對(duì)：海洋