質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度突破6.1wt%!未勢(shì)能源打響IV型儲(chǔ)氫瓶國(guó)產(chǎn)化“進(jìn)擊戰(zhàn)”

導(dǎo) 語(yǔ)

氫的高質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度儲(chǔ)存，是實(shí)現(xiàn)氫能商業(yè)化應(yīng)用不可逾越的一項(xiàng)重要技術(shù)瓶頸，直接影響著氫燃料電池汽車(chē)的高效性、經(jīng)濟(jì)性與推廣價(jià)值。當(dāng)前，日韓、歐美等多個(gè)國(guó)家已率先將Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶量產(chǎn)應(yīng)用于氫燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度可以達(dá)到5.5wt%以上;而國(guó)內(nèi)受各類(lèi)因素影響，市場(chǎng)應(yīng)用仍以III型氣瓶為主，儲(chǔ)氫密度僅能達(dá)到3.9wt%。

然而，隨著氫燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)?；枨蟮牟粩嘣黾樱瑖?guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的不斷完善，以及國(guó)內(nèi)企業(yè)近幾年在IV型儲(chǔ)氫瓶技術(shù)上的蓄力突破，這一局面正在被改寫(xiě)。

近日，未勢(shì)能源自主研發(fā)的第二代70MPa-57L Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶取得突破性進(jìn)展，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度達(dá)到6.1wt%，超過(guò)美國(guó)能源部(DOE)設(shè)定的2025年質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度目標(biāo)值5.5wt%，且優(yōu)于當(dāng)前國(guó)際市場(chǎng)主流品牌同類(lèi)產(chǎn)品指標(biāo)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平，主要適用于氫燃料電池乘用車(chē)型車(chē)載儲(chǔ)氫系統(tǒng)。

(IV儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)品效果圖)

同時(shí)，基于市場(chǎng)不同場(chǎng)景、不同客戶類(lèi)型的應(yīng)用需求，未勢(shì)能源IV型儲(chǔ)氫瓶全系產(chǎn)品規(guī)劃已在同步推進(jìn)中，工作壓力覆蓋35MPa和70MPa，包括 70MPa-23L、35MPa-210L等不同規(guī)格型號(hào)的產(chǎn)品序列，部分商用車(chē)載IV型儲(chǔ)氫瓶質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度指標(biāo)可達(dá)到6.8wt%，且全系產(chǎn)品均已實(shí)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(shí)現(xiàn)100%國(guó)產(chǎn)化，綜合成本降低20%，且具備輕量化、長(zhǎng)壽命、高安全等綜合性能優(yōu)勢(shì)，并將于近期陸續(xù)發(fā)布，可提供定制化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，廣泛適用于燃料電池乘用車(chē)、商用車(chē)(重型卡車(chē)、公交客車(chē)、冷鏈物流車(chē))、船舶等多種場(chǎng)景及領(lǐng)域。

從技術(shù)角度而言，壓力越大對(duì)儲(chǔ)氫瓶及閥門(mén)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(shí)現(xiàn)。尤其，隨著氫燃料電池汽車(chē)示范場(chǎng)景與示范規(guī)模的不斷豐富擴(kuò)大，產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的拓展，對(duì)IV型儲(chǔ)氫瓶的性能也提出了更高需求。

在IV型儲(chǔ)氫瓶的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，未勢(shì)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(chǔ)氫系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)等匹配特性，充分發(fā)揮儲(chǔ)氫領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)大量的可行性設(shè)計(jì)方案和試驗(yàn)驗(yàn)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(chǔ)氫瓶多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題。

攻關(guān)新材料開(kāi)發(fā)，從源頭擺脫應(yīng)用局限

未勢(shì)能源聚焦關(guān)鍵材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家知名高校、科研院所、供應(yīng)鏈伙伴等共同開(kāi)展深度合作，重點(diǎn)針對(duì)塑料內(nèi)膽原材料的氫阻隔性，內(nèi)膽在泄放過(guò)程中容易產(chǎn)生的鼓包、屈曲、塌陷，航天級(jí)鋁合金的化學(xué)成分控制、熱處理狀態(tài)，碳纖維預(yù)浸帶的加工及配套樹(shù)脂的性能等共性技術(shù)“卡脖子”難題，逐層進(jìn)行技術(shù)攻堅(jiān)，從源頭擺脫核心材料進(jìn)口、高昂成本帶來(lái)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(qiáng)度新型纖維預(yù)浸帶與配套樹(shù)脂配方等關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用驗(yàn)證，從源頭上為儲(chǔ)氫氣瓶的力學(xué)優(yōu)異性能、質(zhì)量穩(wěn)定性與國(guó)產(chǎn)化替代提供重要保障，具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(chǔ)氫瓶質(zhì)量穩(wěn)定性、一致性與適用性水平，必然離不開(kāi)科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

(高壓儲(chǔ)氫氣瓶結(jié)構(gòu)示意圖)

瓶口部位金屬閥座與閥門(mén)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(jì)，通過(guò)自主創(chuàng)新內(nèi)膽、閥座密封結(jié)構(gòu)與界面化設(shè)計(jì)，實(shí)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(jì)，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(shí)閥座與碳纖維復(fù)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(xué)的安全系數(shù)下做到極致“輕量化”設(shè)計(jì)，重量較競(jìng)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(jìn)一步提升了產(chǎn)品的安全性。

另外，在碳纖維鋪層設(shè)計(jì)方面，通過(guò)采用遺傳算法、仿真模擬軟件等科學(xué)設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化纏繞角度及鋪層順序，將碳纖維預(yù)浸帶的纖維強(qiáng)度、韌性發(fā)揮到最大化，確保儲(chǔ)氫瓶在氫燃料電池汽車(chē)整個(gè)生命運(yùn)營(yíng)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(jì)，未勢(shì)能源大膽創(chuàng)新全流程生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，在內(nèi)膽成型技術(shù)方面，采用目前國(guó)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(dá)到行業(yè)較高水準(zhǔn)。

(干法纏繞示意圖)

同時(shí)，首創(chuàng)性的采用預(yù)浸帶“干法”纏繞工藝，產(chǎn)品性能指標(biāo)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(shí)間縮短30%，疲勞測(cè)試壽命>44000次，在達(dá)到輕量化目標(biāo)的同時(shí)，進(jìn)一步確保碳纖維強(qiáng)度的發(fā)揮率、爆破強(qiáng)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(wèn)題，大幅提升質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度、生產(chǎn)效率與質(zhì)量，且纏繞過(guò)程無(wú)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(chǎng)供應(yīng)，提供了有效的數(shù)據(jù)支撐與運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

目前，未勢(shì)能源自主開(kāi)發(fā)的第二代IV型儲(chǔ)氫瓶系列，已陸續(xù)完成火燒試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)、使用性能試驗(yàn)等多個(gè)關(guān)鍵試驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)試，生產(chǎn)線建設(shè)已進(jìn)入尾聲，“三新”評(píng)審相關(guān)工作正在有序推動(dòng)中。

這也是未勢(shì)能源聚焦氫能儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域，以“卡脖子”技術(shù)為突破口，繼70MPa儲(chǔ)氫閥門(mén)產(chǎn)品之后取得的又一重大科研創(chuàng)新成果，標(biāo)志著未勢(shì)能源在儲(chǔ)氫技術(shù)領(lǐng)域，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到應(yīng)用，已具備成套儲(chǔ)氫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及核心部件設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與制造能力，并將有助于未勢(shì)能源拓展產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)端與應(yīng)用端布局，進(jìn)一步滿足正在增長(zhǎng)的高壓氫氣儲(chǔ)運(yùn)市場(chǎng)需求，為行業(yè)客戶提供更專業(yè)、更優(yōu)質(zhì)、更具高性價(jià)比的解決方案，切實(shí)助推氫能儲(chǔ)氫裝備加速國(guó)產(chǎn)化替代，打開(kāi)降本增效新空間。

當(dāng)前，受益于氫燃料電池汽車(chē)示范城市群政策落地、冬奧會(huì)影響，我國(guó)正在向IV型過(guò)渡，且市場(chǎng)空間正在不斷增大。2023年，我國(guó)有望開(kāi)始實(shí)施 IV 型儲(chǔ)氫瓶國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，或?qū)⒊扇蜃畲筌?chē)載儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)化勢(shì)在必行。在此過(guò)程中，如何通過(guò)技術(shù)攻堅(jiān)，提升IV型儲(chǔ)氫瓶綜合性能，推動(dòng)市場(chǎng)化降本與規(guī)?；瘧?yīng)用，正在持續(xù)考驗(yàn)整個(gè)行業(yè)。

在IV型儲(chǔ)氫瓶“烽煙”將起之際，未勢(shì)能源率先破解高質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度難題，以切實(shí)成果推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，助推國(guó)產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化與市場(chǎng)化應(yīng)用降本，無(wú)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(jiān)隊(duì)伍注入一劑強(qiáng)心針，氫能市場(chǎng)未來(lái)可期。