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摘要

氢能是国家能源转型和实现碳达峰碳中和目标的重大举措，关系着我国能源结构转型。目前国内外氢燃料电池汽车主要以高压氢气瓶为主要储氢方式，本文详细介绍了目前国内外高压氢气瓶的技术研发现状和未来趋势，希望可以为我国高压氢气瓶的技术研究提供一定参考。

关键词：高压氢气瓶；储氢；氢能

1引言

高压氢气瓶属于高压气态储氢的主要方式，也是氢燃料电池汽车的主要设备之一。高压气态储氢相较于其他储氢方式，具有加氢速度和动态响应速度快，储氢密度(包括体积储氢密度和质量储氢密度)较高，同时运行成本低的优点。由于其相对优秀的技术指标,目前实际运营的储氢系统多采用高压气态储氢方式储存氢气。

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氢燃料电池车

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车载高压储氢气瓶

高压储气瓶共有4种基本类型，分别是：I型瓶——金属气瓶；II型瓶——金属内胆环向缠绕气瓶；III型瓶——金属内胆全缠绕气瓶；IV型瓶——塑料内胆全缠绕气瓶，其中因为I型瓶和II型瓶重容比大，储存密度较低，不适合用作气瓶，III和IV型瓶由于采用了轻质、高强度的纤维，不仅有效降低了气瓶的质量，还能够承受更高的压力，因而被广泛采用作为储氢气瓶。

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IV型车载储氢气瓶

2国外氢气瓶技术现状

（1）美国Quantum公司

美国Quantum公司目前在氢气供应系统研究与开发方面具有比较领先的技术优势。美国Quantum公司通过与美国国防部的合作，研制出了Hy-Hauler移动加氢系统，分为Hy-Hauler普通型和Hy-Hauler改进型。普通型系统通过把储氢气瓶输送至异地现场，其工作压力一般为35MPa或70MPa。改进型系统为自带电解装置电解水制氢，同时通过高压快充技术，能够把单辆车的加注时间缩短至三分钟内。美国国防部已经将Hy-Hauler系统成功应用到部分车辆上。

（2）美国通用汽车和Impco公司

美国通用汽车公司开发的双层结构储氢气瓶，其内层是无缝内胆与碳纤维缠绕增强结构，外层是具有高抗冲击性能的保护壳，能够储存3.1kg氢气，储氢压力达到70MPa，并成功控制其体积与以往35MPa气瓶一致。美国加利福尼亚州Irvine的Impco技术公司推出的超轻型Trishield储氢气瓶可进行69MPa储氢，质量储氢密度为7.5%。同时，质量储氢密度为8.5%和11.3%的储氢气瓶正在积极研制中。

（3）法国空气化工产品公司

法国空气化工产品公司在储氢技术研究方面也独树一帜:结合复合材料储氢气瓶研究，开发相应的“缩短压缩过程的加氢站”，无需现场压缩氢气，在很大程度上降低了加氢站建设成本，并提高了氢气加注效率。该种技术能够提高成本效益的关键是通过一种装载复合压力容器的拖车(CompositePressureVesselTrailer)来实现的。该拖车与氢气加注部件直接相连，这样使得氢气运输车整合成为加氢站的一部分。通过这项先进的技术，加氢站可以有效地加注压力为bar/psi的氢能汽车，这使得加注氢气具有更大的灵活性并能很好地控制成本。

（4）日本汽车研究所

日本汽车研究所(JAＲI)FCEV中心已开发出能够承受37MPa和70MPa压力的高压储氢气瓶，但是在压力由37MPa增至70MPa时，相应的储氢气瓶能够容纳的氢仅增加了60%，研究储氢气瓶极限储存量并改善其密闭性能以提高高压储氢量是当前亟待解决的问题。

（5）日本丰田公司

丰田公司独自开发的70MPa高压氢储存箱，容量为L，较从前的FCHV有所增加，储存压强增加了一倍。FCHV-adv(全称为FuelCellHybridVehicle-advanced)是一种混合动力概念车，通过高压氢为燃料的高性能燃料电池“TOYOTAFCStack”和镍氢蓄电池两种动力源驱动。一次充氢后续航里程可达公里，达到了以往同类车型两倍的水平。

（6）其他公司

除上述所列举的公司外，国际上其他一些公司在储氢技术方面也获得了一定成果。例如，加拿大Dynetek公司开发的铝合金内胆、碳纤维/树脂基体复合增强外包层的高压储氢容器可进行70MPa储氢，已投入工业化生产，获得广泛应用。韩国现代公司于年开发出第三代燃料电池汽车，Tucsonix燃料电池电动汽车(FCEV)，设置有kW燃料电池系统和两个储氢气瓶(70MPa)。储氢气瓶充满氢气后全行程为km，相当于汽油动力汽车，可在温度低达－25℃下启动。德国奔驰公司的B-Cell通过提高储氢气瓶的容量和储存密度，压力增至70MPa，使“续航里程”达到约公里，提高了1.5倍。德国林德公司开发的移动加氢站，工作压力可达70MPa，它能够同时提供压缩氢气及液氢。欧洲标致公司研发出配备5个压力为70MPa的储氢气瓶，合计可最多贮存3kg氢燃料的汽车。

3国内氢气瓶技术现状

我国对高压储氢气瓶也进行了大量的卓有成效的研究。早在“十五”期间，浙江大学化工机械研究，以国家高技术研究发展计划(“”计划)“轻质高压储氢系统的研究”项目为依托，对40MPa铝合金内胆碳纤维缠绕高压储氢气瓶的加工工艺、力学相应特性和优化设计等理论进行了深入研究,在国内率先试制成功了工作压力40MPa,容积在0.1~L的高压储氢气瓶。

“十一五”期间，浙江大学联合沈阳斯林达安科新技术有限公司在国家高技术研究发展计划(计划)项目、国家重点基础研究发展计划(计划)课题科研项目的支持下，解决了超薄铝合金内胆成型和碳纤维缠绕层固化等关键技术难题,建立了完善的强度分析和结构、材料、工艺一体化的遗传优化设计方法，实现了复合材料氢气瓶的轻量化设计制造。35MPa复合材料氢气瓶已实现小批量生产，该型气瓶在上海世博会燃料电池观光车上得到了成功应用，70MPa氢气瓶的研究也取得了突破。

通过技术引进、消化和吸收,以及与高校等科研机构合作,我国气瓶制造企业在复合材料氧气瓶的制造方面也取得了重大突破。年10月,由北京科泰克科技有限责任公司主持的国家计划项目“车载高压供氢瓶与组合电磁瓶阀研究”课题顺利通过了科技部高新司组织的验收,课题研发了具有自主知识产权的工作压力为35MPa的高压氢气瓶，气瓶性能达到了国际标准要求，容重比、重量等指标达到了国际先进水平。

目前，国内具有高压储氢复合气瓶制造能力的厂家为北京科泰科、北京天海、沈阳斯林达、张家港富瑞、沈阳美托、浙江凯博等几家气瓶制造企业。从气瓶的制造材料上看,气瓶均为以铝合金为基的碳纤维全缠绕式气瓶，尚无以HDPE及PA内胆的复合气瓶的试制的相关报道;从气瓶工作压力上来看,尽管北京科泰科、沈阳斯林达等研制的70MPa气瓶已经通过了型式试验，但目前试制并与汽车配合使用产品均为35MPa,尚未有压力为70MPa气瓶的应用实例，从气瓶容积上看,各厂家制造能力略有差别，主要集中在35-L之间，但是上述产品目前尚未能形成规模化生产，与国际先进水平尚有差距。在缠绕碳纤维层方面，目前我国所有气瓶的碳纤维材料都依赖进口，仍需继续研究加快其国产化进程。

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