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“21世紀最冷的冬天”“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122.7萬平方公里。這兩天，打開手機發現下輪寒潮又將來臨，不禁令人感到“瑟瑟發抖”。
潑水成冰的氣溫之下，新能源汽車的“低溫焦慮”再次凸現，續航里程明顯下降、冷啟動困難等問題導致各種“尷尬”，比如電池快速衰減導致的趴窩，比如新能源公交車上使用燃油小鍋爐為空調加溫。近幾年發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境時，其反應生成物——水會因低溫而凍結，造成燃料電池性能無法正常輸出，導致燃料電池整車無法啟動。靠動力電池放電加熱、室內電源保溫等都只是“權宜之計”，依靠外部輔助不僅增加系統成本，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”，國內外氫燃料電池相關企業紛紛布局低溫啟動技術攻關，然而，自2014年豐田宣布實現-30℃低溫啟動后，行業內再無突破性進展。直到近日，驥翀氫能宣布順利實現MH170金屬板電堆在無輔助熱源條件下-39℃成功啟動，創下國內外燃料電池領域電堆無輔助低溫啟動紀錄。
本次“創紀錄”為燃料電池行業的發展注入“強心劑”。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的無輔助低溫啟動的技術標桿，實現了國際領先。在市場方面，低溫技術的提升有利于市場范圍進一步擴大，不僅能夠輕松覆蓋中國北方極寒地區，更為日后擴展國外市場做好了鋪墊。對于燃料電池行業來說，低溫性能的跨越式提高意味著其與低溫下續航嚴重縮水的鋰電池的競爭合作中，又添一項優勢。
低溫啟動是影響燃料電池商業化的重要因素
隨著氣候變暖不斷加劇，淘汰燃油汽車、發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間計劃后，我國時間表也逐漸明晰，海南一馬當先，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，我國主要在走鋰電的路線，但是鋰電存在的巡航里程短、充電時間長、電池載重量小、環境適應性差、依賴電網等問題，低溫環境下續航能力大幅縮減更是嚴重阻礙著行業的發展。
一般而言，鋰離子電池的性能在接近零度時急劇下降，-20 ℃幾乎不能正常工作了。低溫下頻繁充放電會嚴重惡化動力電池的壽命，并且容易導致負極析鋰而帶來安全隱患。但是，針對鋰離子動力電池低溫性能的改進措施會對其它一些技術指標比如循環性和能量密度等帶來較大的負面影響，并且導致電芯成本的攀升。
在我國東北地區，電動汽車行駛續航里程最多縮減44%。如果長時間在低溫環境下使用，或者在-40℃低溫下時，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鋰電池這一短板的潛力。據付宇介紹，燃料電池的優勢是長續航、大載重、不依賴電網，恰好與鋰電子電池形成互補，如果能夠解決低溫啟動問題，將釋放更大的商業潛力。
事實上，低溫冷啟動一直被認為是影響燃料電池汽車商業化的因素之一。“本質上是技術的市場競爭。首先是鋰電池和燃料電池兩種技術路線之間的競爭，低溫能力里是燃料電池相較于鋰電池的一個優勢，低溫能力越強優勢越明顯；其次是燃料電池行業內部石墨板與金屬板兩種技術路線之間的競爭，石墨板熱容大，導致低溫啟動能力弱于金屬板，所以石墨板大部分只能應用在南方；最后就是金屬板本身的競爭，低溫能力越強，適應的溫度范圍就越廣，市場就越大。”付宇解釋。
近兩年來，除了燃料電池企業加緊低溫冷啟動技術的研發之外，上汽集團、東風汽車、宇通客車等車企也紛紛進行燃料電池低溫啟動的整車實驗。但是都以有輔助啟動為主，仍舊無人能夠在無輔助的情況下超越-30 ℃低溫啟動。
低溫啟動的核心優勢：無輔助
此次，驥翀氫能超越創下國內外燃料電池領域電堆無輔助低溫啟動紀錄并非偶然，而是源于其爭當行業頭部的規劃和決心。成立于2018年的驥翀氫能是一家專注于自主知識產權的氫燃料電池電堆研發和產業化的科技公司，于2020年發布了自主知識產權的全國產化大功率金屬板電堆MH170。
付宇表示，企業在成立、研發之初，就意識到了低溫啟動在商業化中的重要性，因此對MH170的設計處處考慮如何在低溫啟動方面實現行業突破。
當前，國內市場上大多數燃料電池汽車低溫啟動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，但是輔助性冷啟動會增加系統的體積和重量，同時會增加操作的復雜性和附加成本。
如果要解決這些問題，就要探索無輔助低溫啟動技術。付宇表示技術的難點在于：溫度越低，燃料電池性能越低，產生的電和熱越少，如何提升電堆放熱，同時降低電堆升溫所需要的熱量？這個過程中，還要兼顧成本，并且不能影響電池壽命。“這幾點綜合在一起，難度很大。”
金屬板電堆MH170接受低溫監測
為了攻克技術難關，驥翀氫能從原材料、膜電極和雙極板結構設計、啟動策略三方面入手，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，進而降低整個電堆的熱容，更容易實現低溫啟動。在膜電極的結構設計上，無論是催化層還是擴散層，我們都選用了特殊結構，保證一定的容冰能力，同時在雙極板的流道設計中避免冰凍堵塞。”
MH170具有極佳的低溫啟動優勢。本次低溫啟動實驗前后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產品相比，MH170的核心優勢在于“無輔助”低溫啟動，“不需要動力電池去匹配，不需要外加熱源，極大簡化了系統，降低了系統的體積和成本。”付宇解釋道。
市場與技術的雙重突破
市場方面， MH170已經完成電堆和所匹配燃料電池系統的國標強檢，按照計劃將于2021年上半年正式進入市場階段，這意味著-39℃低溫啟動技術將成功應用于市場，這一溫度范圍基本可以覆蓋我國絕大部分區域，減輕使用者的“低溫焦慮”，提升使用感。
付宇表示：“-39℃低溫啟動意味著我們的產品不僅適應南方市場，還能適應北方市場，隨著“一帶一路”的延伸和公司的長期發展，甚至能夠進入俄羅斯、中亞等極寒市場。”
在技術方面，日本車企和韓國車企一直走在氫燃料電池汽車研發領域的前列，而MH170金屬板電堆-39℃成功低溫啟動實現了一次國內技術的超越式發展。付宇非常肯定地表示：“這次，我們不是超越國外頂尖技術，而是為燃料電池行業樹立起了低溫啟動的技術標桿。”
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