“21世紀(jì)最冷的冬天”“55年來氣溫最低值”“全國近9成國土冷如鉆冰箱”……這個(gè)冬天，寒潮侵襲一輪又一輪。上輪寒潮中，全國降溫幅度超過12℃的面積達(dá)122.7萬平方公里。這兩天，打開手機(jī)發(fā)現(xiàn)下輪寒潮又將來臨，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——水會因低溫而凍結(jié)，造成燃料電池性能無法正常輸出，導(dǎo)致燃料電池整車無法啟動(dòng)。靠動(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金屬板電堆在無輔助熱源條件下-39℃成功啟動(dòng)，創(chuàng)下國內(nèi)外燃料電池領(lǐng)域電堆無輔助低溫啟動(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”。驥翀氫能董事長付宇表示，MH170金屬板電堆建立起了燃料電池行業(yè)的無輔助低溫啟動(dòng)的技術(shù)標(biāo)桿，實(shí)現(xiàn)了國際領(lǐng)先。在市場方面，低溫技術(shù)的提升有利于市場范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，不僅能夠輕松覆蓋中國北方極寒地區(qū)，更為日后擴(kuò)展國外市場做好了鋪墊。對于燃料電池行業(yè)來說，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爭合作中，又添一項(xiàng)優(yōu)勢。

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。各國政府先后公布了禁售燃油車的時(shí)間計(jì)劃后，我國時(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越快。

過去幾年，在新能源汽車行業(yè)，我國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、電池載重量小、環(huán)境適應(yīng)性差、依賴電網(wǎng)等問題，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)極析鋰而帶來安全隱患。但是，針對鋰離子動(dòng)力電池低溫性能的改進(jìn)措施會對其它一些技術(shù)指標(biāo)比如循環(huán)性和能量密度等帶來較大的負(fù)面影響，并且導(dǎo)致電芯成本的攀升。

在我國東北地區(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)勢是長續(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。“本質(zhì)上是技術(shù)的市場競爭。首先是鋰電池和燃料電池兩種技術(shù)路線之間的競爭，低溫能力里是燃料電池相較于鋰電池的一個(gè)優(yōu)勢，低溫能力越強(qiáng)優(yōu)勢越明顯；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)路線之間的競爭，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爭，低溫能力越強(qiáng)，適應(yīng)的溫度范圍就越廣，市場就越大。”付宇解釋。

近兩年來，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，仍舊無人能夠在無輔助的情況下超越-30 ℃低溫啟動(dòng)。

低溫啟動(dòng)的核心優(yōu)勢：無輔助

此次，驥翀氫能超越創(chuàng)下國內(nèi)外燃料電池領(lǐng)域電堆無輔助低溫啟動(dòng)紀(jì)錄并非偶然，而是源于其爭當(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)布了自主知識產(chǎn)權(quán)的全國產(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，就意識到了低溫啟動(dòng)在商業(yè)化中的重要性，因此對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，國內(nèi)市場上大多數(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)會增加系統(tǒng)的體積和重量，同時(shí)會增加操作的復(fù)雜性和附加成本。

如果要解決這些問題，就要探索無輔助低溫啟動(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。”

金屬板電堆MH170接受低溫監(jiān)測

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。本次低溫啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)前后15次，電堆性能未見任何衰減。另外，與市場上的輔助低溫啟動(dòng)產(chǎn)品相比，MH170的核心優(yōu)勢在于“無輔助”低溫啟動(dòng)，“不需要?jiǎng)恿﹄姵厝テヅ洌�不需要外加熱源，極大簡化了系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)的體積和成本。”付宇解釋道。

市場與技術(shù)的雙重突破

市場方面， MH170已經(jīng)完成電堆和所匹配燃料電池系統(tǒng)的國標(biāo)強(qiáng)檢，按照計(jì)劃將于2021年上半年正式進(jìn)入市場階段，這意味著-39℃低溫啟動(dòng)技術(shù)將成功應(yīng)用于市場，這一溫度范圍基本可以覆蓋我國絕大部分區(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，還能適應(yīng)北方市場，隨著“一帶一路”的延伸和公司的長期發(fā)展，甚至能夠進(jìn)入俄羅斯、中亞等極寒市場。”

在技術(shù)方面，日本車企和韓國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)了一次國內(nèi)技術(shù)的超越式發(fā)展。付宇非常肯定地表示：“這次，我們不是超越國外頂尖技術(shù)，而是為燃料電池行業(yè)樹立起了低溫啟動(dòng)的技術(shù)標(biāo)桿。”