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未势能源攻坚 Ⅳ型储氢瓶 化解氢能产业发展长期“堵点”
2023-06-01 17:26:27来源:中央广电总台国际在线责编:郑思雯

  高效、安全的储氢技术,是氢能利用走向产业化的关键要素之一。

  随着燃料电池汽车销量的快速增长,作为车载储氢系统关键零部件的储氢瓶正在释放出巨大的市场需求。为了提高整车安全性、续航里程等,市场亦对储氢瓶性能,如轻量化、低成本及低重容比等,提出了更加严苛的性能要求,因此具有低重容比的Ⅳ型瓶相较于Ⅲ型瓶更符合未来发展趋势。

  在此背景下,国内产业链企业在技术攻关、产品研发及产能扩建方面不断持续加码。5月23日,在2023世界氢能技术大会(WHTC2023)上,未势能源最新成果——第二代70MPa-57L Ⅳ型储氢瓶首次公开亮相,便赢得海内外业界同行、氢燃料电池整车厂商、上下游客户的广泛关注。

  开启商业化进程 Ⅳ型储氢瓶迎风口

  氢燃料电池汽车作为储氢瓶的核心应用场景,随着中央及各地推广应用氢燃料车的政策陆续出台,商业化进程将明显加快,也将支撑储氢瓶需求“猛增”,并迎来“风口”期。

  据业界统计,2022年中国市场车载储氢瓶需求量约为6.9万支,同比增长127.7%;2025年可达23万支,年复合增长率约为66%;2023可达224万支,年复合增长率约为61%。也有相关人士预测,未来中国将成为全球最大的车载储氢瓶市场,2020-2050年中国储氢瓶市场规模合计有望达到3234亿元。

  目前Ⅲ型瓶是国内市场的主流。Ⅲ型瓶的应用是基于在设计、批量生产、使用寿命和安全等方面长期的经验总结。此类气瓶虽然满足泄漏率和渗透率的规定值,但与Ⅳ型瓶相比,其疲劳次数有很大的局限性,Ⅳ型瓶在降低成本和重量方面具有更大的潜力。

  但业内人士指出,当前我国Ⅳ型储氢瓶仍存在几个关键技术难点,如金属瓶口与塑料内胆两种不同属性材料的密封及密封材料的选择、碳纤维缠绕过程中如何保证内胆不变形、如何精准检测氢气泄漏等,使得国内Ⅳ型储氢瓶推广遇到难题。

  但是包括未势能源在内的企业,正不遗余力地攻破技术难关,积极推进Ⅳ型储氢瓶的商业化应用。

  降本增效 打造Ⅳ型储氢瓶价值枢纽

  从车载方面来看,氢储能主体使用的还是气瓶,但是气瓶成本偏高,碳纤维是储氢瓶制造的关键原材料,其成本和性能对储氢瓶的成本和使用性能影响重大。

  一句话总结,即“成本”是永恒的痛点,“降本”是持续的课题。

  从Ⅲ型到Ⅳ型,如何在保障产品稳定性、安全性的同时兼顾成本,未势能源给出了答案。

  基于客户端不同工况环境应用需求,充分发挥储氢领域关键技术自主研发优势,通过大量的可行性设计方案和试验验证,未势能源陆续攻克了70MPa Ⅳ型储氢瓶耐低温性差、产品一致性低、可靠性低等多项“卡脖子”技术难题。

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Ⅳ型储氢瓶产品效果图

  技术自主,助力行业降本增效。未势能源Ⅳ型储氢瓶关键原材料(如碳纤维)与核心配套部件(如瓶口阀、内胆材料等)均已实现100%国产化,综合成本降低20%,且具备轻量化、长寿命、高安全等综合性能优势。

  在储氢瓶配套化产品应用,未势能源自主研发的70MPa减压阀、瓶阀产品在轻量化、高密封等方面实现了技术的创新性突破,同时成功降本40%,推动国产化氢用阀门正式进入“千元时代”。并实现了氢用阀门品类30余款全覆盖,大大提高了国产氢用阀门产品的“自给率”。 

  在轻量化方面,未势在综合考虑缠绕层、内胆、瓶阀座等相互影响后,通过逐一降低单一零部件的重量最终实现产品的高储氢质量密度。例如结合神经网络优化理论达到了轻量化缠绕层设计,减少缠绕层的用量,结合缠绕DOE以及固化仿真研究使得工艺参数达到最优化设计,提高碳纤维的发挥强度,内胆结构优化形状优化设计,保证相同轮廓下容积最大化。

  目前未势Ⅳ型储氢瓶产品性能指标的离散系数可控制在5%以内,缠绕效率较湿法提高80%以上,固化时间缩短30%,疲劳测试寿命>50000次,质量储氢密度达到6.1wt%,超过美国能源部(DOE)设定的2025年质量储氢密度目标值5.5wt%,达到世界领先水平。

  智能制造,国产化替代加速。近日,未势能源Ⅳ型储氢瓶生产线在保定工业园正式落成,并进入试生产阶段,规划产能10万支/年。

  该产线车间占地面积4000余平米,引进高端全自动化智能生产线,涵盖内胆成型、表面处理、纤维缠绕、固化、检验与试验、产品包装等完整生产工艺流程,实现从设计开发、生产制造到品质检验全过程闭环管控,确保产品的一致性、可靠性与安全性。

  该生产线的落成,标志着未势能源已具备Ⅳ型储氢瓶的规模化生产能力,在产业化发展上迈出了“里程碑”式一步。同时,该生产线还将推动未势能源自主实现70MPa Ⅳ型储氢瓶国产化的替代,也将推动成本进一步下降,助推高压储氢瓶规模化生产应用。

  业内专家指出:“氢能是一个具备10万亿规模潜力的产业集群。我们经常说技术构建平台,现在平台有了,场景定义产品,产品也有了,该是模式创造价值的时候了。”

  这也是未势能源一直在做的事情。未来,未势能源Ⅳ型储氢产品将陆续落地,通过运营数据积累,推动储氢技术革新,为行业降本增效的同时推动整个氢能产业的建设,促进产业的规模化与商业化发展。(未势能源 供图)

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