中材科技（蘇州）：車載高壓儲氫瓶趨勢分析

 

 

在本屆年會上，袁卓偉發表了“車載高壓儲氫氣瓶設計與制造技術研究”的主題演講。在他看來，各類儲氫瓶產品各有優缺點，在安全性得到保障的前提之下，設計開發追求一個平衡性。而后希望能有更大規模的應用，以帶動成本的降低。

 

把握儲氫瓶設計制造要素

 

氫能儲運有很多方式，不同應用場景的需求都不太一樣。長管拖車高壓氣態儲氫的最優運輸半徑為150-200公里以內；超過200公里及以上可以選擇液態儲氫或者其他的儲氫方式。當前高壓氣態儲氫技術最為成熟，預計未來一段時間內高壓氣態依然會是主要的運輸方式。

 

高壓儲氫瓶也是車載應用的主流。這類高壓儲氫氣瓶的設計與制造尤為注重高安全性、高儲氫量、低成本化、輕量化、占空間小。按照結構型式、承壓等級不同，車載高壓儲氫氣瓶主要分為：Ⅲ型鋁內膽碳纖全纏（35MPa/70MPa），Ⅳ型塑料內膽碳纖全纏（35MPa/70MPa）。目前車載領域應用以35MPa居多，其中乘用車則以70MPa為主。

 

Ⅲ型與Ⅳ型兩類產品的優缺點非常明顯。III型產品優點在于無滲漏、抗沖擊性能高、耐溫性好、工藝成熟。中國鋁內膽碳纖維全纏繞氣瓶的商業化已經處于非常高的水平，可以說是超越國際的，但重量比Ⅳ型瓶要重，成本也高一些。

 

Ⅳ型產品優點在于減重率高、耐疲勞性能好、抗腐蝕能力強、工藝成本低，但塑料材質的內膽氫氣阻隔性能可能比Ⅲ型弱一點；同時密封內膽結構復雜些，而III型瓶內膽是一體化成型。所以在不同的技術發展階段及不同的應用場景，產品開發要追求“平衡”。

 

從材料角度來看，車載高壓儲氫氣瓶材料有內膽、碳纖維、樹脂、密封圈等。首先要關注材料的低溫性能，比如零下50度的脆化溫度、拉伸性能、沖擊性能等；二是滲透性，通常用氫環境下的阻隔性能如何，分成不同的等級。不同的材料不同的工藝，滲透性指標相差比較大；三是塑料內膽成型工藝，有注塑、焊接、注塑焊接以及管束、吹塑等，不同的成型工藝對材料要求不一樣，同時對裝備要求也不一樣。

 

碳纖維方面，儲氫瓶廠商除了關注基本的設計、保證值、強度、模量之外，也關注碳纖維之間的界面性能是否做得好；纏繞工藝方面，纖維塑料在機械性能上有差異，工藝處理需要進行相應的匹配與改善；密封方面，密封圈與氫氣的相融性，高溫下密封圈所表現出來的性能差異，這在開發過程中需要著重進行評價和測試。

 

設計方面，Ⅲ型與Ⅳ型產品都需要進行一體化的仿真及長期使用壽命的評估。同時圍繞輕量化、低成本的市場需求，產品設計及工藝會在保證質量的基礎上進行針對性的改善。

 

制造方面，III型、IV型產品結構不同，有不同的制造工藝。中材科技（蘇州）是國內首家采用板式拉深成型工藝制造氫氣瓶內膽的企業，該工藝以鋁板為原材料，利用模具幾次拉深加工內膽。與傳統的鋁管制造內膽的工藝相比，在重量控制、底部安全、產品性能等方面有著顯著優勢；IV瓶制造工藝方面，滾塑、吹塑會有不同的工藝要求。注塑焊接工藝重點在焊接的材料和工藝開發上，同時針對缺陷檢測進行有效的識別和技術開發，以實現良率的不斷提升及工藝的穩定。

 

中材科技（蘇州）領跑儲氫瓶市場

 

中材科技（蘇州）有限公司是中材科技股份有限公司（證券簡稱：中材科技代碼：002080）的全資子公司，隸屬于中國建材集團。中國建材集團是國務院國有資產監督管理委員會直接管理的中央企業，連續11年榮登《財富》世界500強企業榜單，2022年排名196位。

 

中材科技在復合材料壓力容器方面有近60年的技術儲備，而中材科技（蘇州）又深耕復合材料壓力容器領域近20年，技術底蘊深厚，是目前國內儲氫瓶產品種類覆蓋最全的企業：實現了從1.5L到385L氫氣瓶規格全覆蓋，其中385L氫氣瓶是目前批量裝車容積有明顯優勢的產品。

 

具體來看中材科技（蘇州）代表性的產品技術：超大容積儲氫氣瓶內膽成型技術、70MPa高壓國產碳纖維全纏繞儲氫氣瓶技術開發技術處于行業頂尖水平。后者破解了碳纖維原材料供應“卡脖子”難題，建立了高壓儲氫氣瓶用國產碳纖維技術指標，系統掌握國產碳纖維纏繞高壓儲氫氣瓶設計制造一體化核心技術；已開發出的車載70MPa國產碳纖維儲氫氣瓶，成為國內首家獲得70MPa國產碳纖維儲氫氣瓶認證的企業，填補了國內空白。

 

此外，中材科技的創新產品385L大容積碳纖維纏繞儲氫Ⅲ型氣瓶（產品規格：CHG3-540-385-35S/A）和70MPa車載儲氫IV型氣瓶（產品規格：CHG4-308-63-70T/B1）。該款車載儲氫IV型氣瓶，氣瓶采用T型結構，內膽采用注塑+焊接工藝成型，生產線采用自動化柔性設計，全部工序過程無人工干預，最大滿足水容積200L氣瓶的生產，可在該范圍內根據客戶需求進行“定制化開發”。

 

市場推廣方面，中材科技（蘇州）從2018年到2022上半年年產品裝車市占率長期名列前茅。公司產品和服務廣泛應用于汽車制造、氣體儲運、無人機及特種裝備等多個領域，為國內多家整車制造企業和能源公司提供產品和服務。

 

產能建設方面，中材科技（蘇州）現階段依托蘇州、成都、九江三大產業基地，聚焦車載儲氫氣瓶及供氫系統、氫能儲運容器、車載壓縮天然氣氣瓶、高端工業氣體儲運裝備等創新型產品，逐步形成各具特色、齊頭并進的產業發展新格局。目前，中材科技（蘇州）各類氣瓶產能可達70萬只/年，氫氣瓶產能為10萬只/年。