氫燃料電池車（圖片來源：網絡）

 

 

 

車載高壓儲氫氣瓶（圖片來源：網絡）

 

 

 

高壓儲氣瓶共有4種基本類型，分別是：I型瓶——金屬氣瓶；II型瓶——金屬內膽環向纏繞氣瓶；III型瓶——金屬內膽全纏繞氣瓶；IV型瓶——塑料內膽全纏繞氣瓶，其中因為I型瓶和II型瓶重容比大，儲存密度較低，不適合用作氣瓶，III和IV型瓶由于采用了輕質、高強度的纖維，不僅有效降低了氣瓶的質量，還能夠承受更高的壓力，因而被廣泛采用作為儲氫氣瓶。

 

 

 

IV型車載儲氫氣瓶（圖片來源：網絡）

 

 

 

2 國外氫氣瓶技術現狀

 

 

（1）美國Quantum 公司

 

 

美國Quantum 公司目前在氫氣供應系統研究與開發方面具有比較的技術優勢。美國Quantum公司通過與美國國防部的合作，研制出了Hy-Hauler 移動加氫系統，分為Hy-Hauler 普通型和Hy-Hauler 改進型。普通型系統通過把儲氫氣瓶輸送至異地現場，其工作壓力一般為35MPa 或70MPa。改進型系統為自帶電解裝置電解水制氫，同時通過高壓快充技術，能夠把單輛車的加注時間縮短至三分鐘內。美國國防部已經將Hy-Hauler 系統成功應用到部分車輛上。

 

 

（2）美國通用汽車和Impco 公司

 

 

美國通用汽車公司開發的雙層結構儲氫氣瓶，其內層是無縫內膽與碳纖維纏繞增強結構，外層是具有高抗沖擊性能的保護殼，能夠儲存3.1kg 氫氣，儲氫壓力達到70MPa，并成功控制其體積與以往35MPa 氣瓶一致。美國加利福尼亞州Irvine 的Impco技術公司推出的超輕型Trishield 儲氫氣瓶可進行69MPa 儲氫，質量儲氫密度為7.5%。同時，質量儲氫密度為8.5%和11.3%的儲氫氣瓶正在積極研制中。

 

 

（3）法國空氣化工產品公司

 

 

法國空氣化工產品公司在儲氫技術研究方面也獨樹一幟: 結合復合材料儲氫氣瓶研究，開發相應的“縮短壓縮過程的加氫站”，無需現場壓縮氫氣，在很大程度上降低了加氫站建設成本，并提高了氫氣加注效率。該種技術能夠提高成本效益的關鍵是通過一種裝載復合壓力容器的拖車(Composite Pressure Vessel Trailer)來實現的。該拖車與氫氣加注部件直接相連，這樣使得氫氣運輸車整合成為加氫站的一部分。通過這項先進的技術，加氫站可以有效地加注壓力為700bar /10000psi 的氫能汽車，這使得加注氫氣具有更大的靈活性并能很好地控制成本。

 

 

（4）日本汽車研究所

 

 

日本汽車研究所(JAＲI) FCEV 中心已開發出能夠承受37MPa 和70MPa 壓力的高壓儲氫氣瓶，但是在壓力由37MPa 增至70MPa 時，相應的儲氫氣瓶能夠容納的氫僅增加了60%，研究儲氫氣瓶極限儲存量并改善其密閉性能以提高高壓儲氫量是當前亟待解決的問題。

 

 

（5）日本豐田公司

 

 

豐田公司獨自開發的70MPa 高壓氫儲存箱，容量為156L，較從前的FCHV 有所增加，儲存壓強增加了一倍。FCHV-adv(全稱為Fuel Cell Hybrid Vehicle-advanced) 是一種混合動力概念車，通過高壓氫為燃料的高性能燃料電池“TOYOTA FC Stack”和鎳氫蓄電池兩種動力源驅動。一次充氫后續航里程可達830 公里，達到了以往同類車型兩倍的水平。

 

 

（6）其他公司

 

 

除上述所列舉的公司外，國際上其他一些公司在儲氫技術方面也獲得了一定成果。例如，加拿大Dynetek 公司開發的鋁合金內膽、碳纖維/樹脂基體復合增強外包層的高壓儲氫容器可進行70MPa儲氫，已投入工業化生產，獲得廣泛應用。韓國現代公司于2010 年開發出第三代燃料電池汽車，Tucsonix 燃料電池電動汽車(FCEV) ，設置有100kW 燃料電池系統和兩個儲氫氣瓶(70MPa) 。儲氫氣瓶充滿氫氣后全行程為650km，相當于汽油動力汽車，可在溫度低達－25℃下啟動。德國奔馳公司的B-Cell 通過提高儲氫氣瓶的容量和儲存密度，壓力增至70MPa，使“續航里程”達到約400 公里，提高了1.5 倍。德國林德公司開發的移動加氫站，工作壓力可達70MPa，它能夠同時提供壓縮氫氣及液氫。歐洲標致公司研發出配備5 個壓力為70MPa 的儲氫氣瓶，合計可多貯存3kg 氫燃料的汽車。

 

 

 

3 國內氫氣瓶技術現狀

 

 

我國對高壓儲氫氣瓶也進行了大量的卓有成效的研究。早在“十五”期間，浙江大學化工機械研究，以高技術研究發展計劃(“863”計劃)“輕質高壓儲氫系統的研究”項目為依托，對40MPa鋁合金內膽碳纖維纏繞高壓儲氫氣瓶的加工工藝、力學相應特性和優化設計等理論進行了深入研究,在國內率先試制成功了工作壓力40MPa,容積在0.1~100L的高壓儲氫氣瓶。

 

 

 

“十一五”期間，浙江大學聯合沈陽斯林達安科新技術有限公司在高技術研究發展計劃(863計劃)項目、重點基礎研究發展計劃(973計劃)課題科研項目的支持下，解決了超薄鋁合金內膽成型和碳纖維纏繞層固化等關鍵技術難題,建立了完善的強度分析和結構、材料、工藝一體化的遺傳優化設計方法，實現了復合材料氫氣瓶的輕量化設計制造。35MPa復合材料氫氣瓶已實現小批量生產，該型氣瓶在2010上海世博會燃料電池觀光車上得到了成功應用，70MPa氫氣瓶的研究也取得了突破。

 

 

 

通過技術引進、消化和吸收,以及與高校等科研機構合作,我國氣瓶制造企業在復合材料氧氣瓶的制造方面也取得了重大突破。2011年10月,由北京科泰克科技有限責任公司主持的863計劃項目“車載高壓供氫瓶與組合電磁瓶閥研究”課題順利通過了科技部高新司組織的驗收,課題研發了具有自主知識產權的工作壓力為35MPa的高壓氫氣瓶，氣瓶性能達到了國際標準要求，容重比、重量等指標達到了國際先進水平。

 

 

 

目前，國內具有高壓儲氫復合氣瓶制造能力的廠家為北京科泰科、北京天海、沈陽斯林達、張家港富瑞、沈陽美托、浙江凱博等幾家氣瓶制造企業。從氣瓶的制造材料上看, 氣瓶均為以鋁合金為基的碳纖維全纏繞式氣瓶，尚無以HDPE及PA內膽的復合氣瓶的試制的相關報道; 從氣瓶工作壓力上來看, 盡管北京科泰科、沈陽斯林達等研制的70MPa氣瓶已經通過了型式試驗， 但目前試制并與汽車配合使用產品均為35MPa, 尚未有壓力為70MPa氣瓶的應用實例，從氣瓶容積上看, 各廠家制造能力略有差別，主要集中在35-150L之間，但是上述產品目前尚未能形成規?；a，與國際先進水平尚有差距。在纏繞碳纖維層方面，目前我國所有氣瓶的碳纖維材料都依賴進口，仍需繼續研究加快其國產化進程。