導 語
氫的高質(zhì)量儲氫密度儲存，是實現(xiàn)氫能 商業(yè)化應(yīng)用不可逾越的一項重要技術(shù)瓶頸 ，直接影響著氫燃料電池汽車的高效性、經(jīng)濟性與推廣價值。 當前，日韓、歐美等多個國家已率先將Ⅳ型儲氫瓶量產(chǎn)應(yīng)用于氫燃料電池汽車市場，質(zhì)量儲氫密度可以達到5.5wt%以上；而國內(nèi) 受各類因素影響，市場 應(yīng)用仍以III型氣瓶為主，儲氫密度僅能達到3.9wt%。
然而，隨著氫燃料電池汽車市場規(guī)?；枨蟮牟粩嘣黾?，國內(nèi)標準法規(guī)的不斷完善，以及國內(nèi)企業(yè)近幾年在IV型儲氫瓶技術(shù)上的蓄力突破，這一局面正在被改寫。
近日，未勢能源自主研發(fā)的第二代70MPa-57L Ⅳ型儲氫瓶取得突破性進展，質(zhì)量儲氫密度達到6.1wt%，超過美國能源部(DOE)設(shè)定的2025年質(zhì)量儲氫密度目標值5.5wt%，且優(yōu)于當前國際市場主流品牌同類產(chǎn)品指標，達到世界領(lǐng)先水平，主要適用于氫燃料電池乘用車型車載儲氫系統(tǒng)。
(IV儲氫瓶產(chǎn)品效果圖)
同時，基于市場不同場景、不同客戶類型的應(yīng)用需求，未勢能源IV型儲氫瓶全系產(chǎn)品規(guī)劃已在同步推進中，工作壓力覆蓋35MPa和70MPa，包括 70MPa-23L、35MPa-210L等不同規(guī)格型號的產(chǎn)品序列，部分商用車載IV型儲氫瓶質(zhì)量儲氫密度指標可達到6.8wt%，且全系產(chǎn)品均已實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)100%自主可控，關(guān)鍵原材料(如碳纖維)與核心配套部件(如瓶口閥、內(nèi)膽等)實現(xiàn)100%國產(chǎn)化，綜合成本降低20%，且具備輕量化、長壽命、高安全等綜合性能優(yōu)勢，并將于近期陸續(xù)發(fā)布，可提供定制化產(chǎn)品開發(fā)，廣泛適用于燃料電池乘用車、商用車(重型卡車、公交客車、冷鏈物流車)、船舶等多種場景及領(lǐng)域。
從技術(shù)角度而言，壓力越大對儲氫瓶及閥門等核心部件的整體性能要求越高，密封性能、滲透性能、極限溫度下涉氫性能、涉氫疲勞壽命、產(chǎn)品可靠性、安全性等關(guān)鍵技術(shù)也就越難實現(xiàn)。尤其，隨著氫燃料電池汽車示范場景與示范規(guī)模的不斷豐富擴大，產(chǎn)品實際應(yīng)用場景的拓展，對IV型儲氫瓶的性能也提出了更高需求。
在IV型儲氫瓶的開發(fā)過程中，未勢能源基于客戶端不同工況環(huán)境應(yīng)用需求，結(jié)合氫氣介質(zhì)的特殊性與儲氫系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)等匹配特性，充分發(fā)揮儲氫領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢，通過大量的可行性設(shè)計方案和試驗驗證，聚焦“新材料、新技術(shù)、新工藝”的應(yīng)用，陸續(xù)攻克IV型儲氫瓶多項關(guān)鍵技術(shù)難題。
攻關(guān)新材料開發(fā) ，從源頭擺脫應(yīng)用局限
未勢能源聚焦關(guān)鍵材料的開發(fā)與應(yīng)用，聯(lián)合國內(nèi)多家知名高校、科研院所、供應(yīng)鏈伙伴等共同開展深度合作，重點針對塑料內(nèi)膽原材料的氫阻隔性，內(nèi)膽在泄放過程中容易產(chǎn)生的鼓包、屈曲、塌陷，航天級鋁合金的化學成分控制、熱處理狀態(tài)，碳纖維預浸帶的加工及配套樹脂的性能等共性技術(shù)“卡脖子”難題，逐層進行技術(shù)攻堅，從源頭擺脫核心材料進口、高昂成本帶來的應(yīng)用局限。
目前，已陸續(xù)取得了包括內(nèi)膽高分子原材料選型，高強度新型纖維預浸帶與配套樹脂配方等關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用驗證，從源頭上為儲氫氣瓶的力學優(yōu)異性能、質(zhì)量穩(wěn)定性與國產(chǎn)化替代提供重要保障，具有重要的科學意義和工程應(yīng)用價值。
創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計，提升產(chǎn)品可靠性
新材料的選擇固然重要，但要真正體現(xiàn)儲氫瓶質(zhì)量穩(wěn)定性、一致性與適用性水平，必然離不開科學的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
(高壓儲氫氣瓶結(jié)構(gòu)示意圖)
瓶口部位金屬閥座與閥門的轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)，摒棄常規(guī)繁雜的多部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過自主創(chuàng)新內(nèi)膽、閥座密封結(jié)構(gòu)與界面化設(shè)計，實現(xiàn)一體化“直連”。其中，金屬閥座采用輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計，外觀曲線與內(nèi)膽封頭曲線光滑連接，充分考慮外界沖擊時閥座與碳纖維復合材料的相互作用，做到防滑、防轉(zhuǎn)，并配合有限元分析軟件，在科學的安全系數(shù)下做到極致“輕量化”設(shè)計，重量較競品減輕40%，并創(chuàng)新高性能“密封”解決方案，降低了氫氣泄漏、滲透隱患，進一步提升了產(chǎn)品的安全性。
另外，在碳纖維鋪層設(shè)計方面，通過采用遺傳算法、仿真模擬軟件等科學設(shè)計方法，優(yōu)化纏繞角度及鋪層順序，將碳纖維預浸帶的纖維強度、韌性發(fā)揮到最大化，確保儲氫瓶在氫燃料電池汽車整個生命運營周期的抗壓性與可靠性。
革新“干法纏繞”工藝，助力行業(yè)降本增效
基于新材料選型與新結(jié)構(gòu)設(shè)計，未勢能源大膽創(chuàng)新全流程生產(chǎn)工藝設(shè)計，在內(nèi)膽成型技術(shù)方面，采用目前國內(nèi)較少應(yīng)用的注塑-焊接工藝，使得內(nèi)膽厚度均勻性、尺寸穩(wěn)定性達到行業(yè)較高水準。
(干法纏繞示意圖)
同時，首創(chuàng)性的采用預浸帶“干法”纏繞工藝，產(chǎn)品性能指標的離散系數(shù)可控制在2%-3%，纏繞效率較濕法提高80%以上，固化時間縮短30%，疲勞測試壽命>44000次，在達到輕量化目標的同時，進一步確保碳纖維強度的發(fā)揮率、爆破強度和壓力循環(huán)壽命一致性，有效解決內(nèi)膽褶皺、屈曲等關(guān)鍵問題，大幅提升質(zhì)量儲氫密度、生產(chǎn)效率與質(zhì)量，且纏繞過程無滴膠、漏膠等現(xiàn)象，生產(chǎn)環(huán)境更加友好，為后續(xù)規(guī)?；慨a(chǎn)與市場供應(yīng)，提供了有效的數(shù)據(jù)支撐與運營經(jīng)驗。
目前，未勢能源自主開發(fā)的第二代IV型儲氫瓶系列，已陸續(xù)完成火燒試驗、耐久性試驗、使用性能試驗等多個關(guān)鍵試驗項目測試，生產(chǎn)線建設(shè)已進入尾聲，“三新”評審相關(guān)工作正在有序推動中。
這也是未勢能源聚焦氫能儲運領(lǐng)域，以“卡脖子”技術(shù)為突破口，繼70MPa儲氫閥門產(chǎn)品之后取得的又一重大科研創(chuàng)新成果，標志著未勢能源在儲氫技術(shù)領(lǐng)域，從產(chǎn)品開發(fā)到應(yīng)用，已具備成套儲氫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及核心部件設(shè)計、開發(fā)與制造能力，并將有助于未勢能源拓展產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)端與應(yīng)用端布局，進一步滿足正在增長的高壓氫氣儲運市場需求，為行業(yè)客戶提供更專業(yè)、更優(yōu)質(zhì)、更具高性價比的解決方案，切實助推氫能儲氫裝備加速國產(chǎn)化替代，打開降本增效新空間。
當前，受益于氫燃料電池汽車示范城市群政策落地、冬奧會影響，我國正在向IV型過渡，且市場空間正在不斷增大。2023年，我國有望開始實施 IV 型儲氫瓶國家標準，或?qū)⒊扇蜃畲筌囕d儲氫瓶市場，國產(chǎn)化勢在必行。在此過程中，如何通過技術(shù)攻堅，提升IV型儲氫瓶綜合性能，推動市場化降本與規(guī)模化應(yīng)用，正在持續(xù)考驗整個行業(yè)。
在IV型儲氫瓶“烽煙”將起之際，未勢能源率先破解高質(zhì)量儲氫密度難題，以切實成果推動產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，助推國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化與市場化應(yīng)用降本，無疑給正在邁入新發(fā)展階段的氫能產(chǎn)業(yè)與技術(shù)攻堅隊伍注入一劑強心針，氫能市場未來可期。
