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35MPa or 70MPa,Ⅳ型储氢瓶会走何种主流?

日期:2023-10-24    来源:势银能链

国际氢能网

2023
10/24
13:39
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关键词: 储氢瓶 氢能产业 氢能源汽车

Ⅳ型储氢瓶全称为车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶,其衬里是由高分子材料制成,容积可达450L,使用年限延长至15年,并可以做到B1类气瓶在全寿命周期内不拆装。由于其有着轻量化、高压力、高储氢质量比、长寿命、低成本等多项优点,被认为是未来车载储氢瓶的主流应用型式。

随着今年Ⅳ型储氢瓶国标的发布,整体市场已蓄势待发。但由于当下氢车投运与相关配套的进展缓慢,行业对于Ⅳ型储氢瓶的压力选择出现了一些不同“声音”。

概念来源于“进口”,压力选择先入为主

首先从概念来看,提及Ⅳ型储氢瓶基本会联想到丰田Maria,而Maria恰好是乘用车,因此也导致了一部分意识的先入为主,即Ⅳ型储氢瓶就是70MPa,专为氢能乘用车而研发。

图片来源:海德利森

其次,与目前国内常用的Ⅲ型储氢瓶相比,Ⅳ型储氢瓶整体成本更低;在相同容积和压力条件下,Ⅳ型储氢瓶储氢密度高于Ⅲ型储氢瓶,重量却更轻;另外,Ⅳ型储氢瓶不会出现Ⅲ型瓶遇到的氢脆等质量问题。

同时,业内对于商用车的描述基本为对重量、空间、路线等不敏感,而乘用车则是空间有限、对重量敏感、需要长续航,这一情况也加深了Ⅳ型储氢瓶压力与应用的“捆绑”。

但是从国内目前Ⅳ型储氢瓶的研发情况来看,已有多家企业推出了35MPa Ⅳ型储氢瓶,打破了业内对于Ⅳ型储氢瓶的固有思维。

研发35MPa Ⅳ型瓶在于生存?

从氢车投运市场来看,势银(TrendBank)数据显示,截至目前全国已投运氢车近1.7万辆,但由于我国先商后乘的发展规划,目前所投运的氢车基本为氢能重卡、公交等商用车辆。结合对于商用车的惯用思维,更为成熟的Ⅲ型储氢瓶就得以更为普遍的应用。

但从理论来看,由于Ⅳ型储氢瓶在同等压力下具有重量更轻的优势,对于氢能重卡等装载车辆来说,若将原本装配的Ⅲ型储氢瓶替换为Ⅳ型储氢瓶,可减少车身自重,那么在额定载重上限不变的情况下,装配Ⅳ型储氢瓶的氢能重卡可比装配Ⅲ型储氢瓶的重卡多载重,从而提升经济效益;同时,由于车身更轻,在同路况空驶情况下,装配Ⅳ型储氢瓶的氢车氢耗也会有所降低,可起到节约成本的作用。

图片来源:未势能源

业内某Ⅳ型储氢瓶头部企业向势银能链透露:“研发70MPa Ⅳ型储氢瓶是大势所趋,但从当下国内发展现状来看,企业只研发70MPa Ⅳ型储氢瓶将难以生存,而研发35MPa Ⅳ型储氢瓶则还有一些替代的希望。”

此外,目前所建成的近400座加氢站中仅34座(除去拆除)拥有70MPa氢气加注能力,且大部分由于政策或规划原因无法提供加注,这也导致了当下70MPa Ⅳ型储氢瓶不具备实际应用条件。

以当下实际来看,Ⅳ型储氢瓶的应用仍处于小规模自用试验阶段,甚至有车企在向外询价时申明不使用Ⅳ型储氢瓶,Ⅳ型储氢瓶发展与预期有所偏差。

发展限制重重,Ⅳ型瓶陷入“尴尬期”

回归至Ⅳ型储氢瓶本身,相对于Ⅲ型储氢瓶,Ⅳ型储氢瓶为型式上的迭代而非压力迭代,因此并不存在只能生产单一压力的情况。

从组成来看,Ⅳ型储氢瓶主要由瓶口阀、高分子材料内胆、外包裹碳纤维复合材料组成,其中仅碳纤维基本实现了国产化供应,瓶口阀与内胆主要依靠进口——

瓶口阀:由于Ⅳ型储氢瓶内胆材料区别于Ⅲ型储氢瓶,密封需考虑金属与非金属介质的相容性,故在结构设计上与传统瓶口阀有所区别,目前国内所应用的Ⅳ型瓶瓶口阀基本为国外进口,成本较高;

内胆:通常是聚酰胺 (PA) 或高密度聚乙烯 (HDPE) 衬里,基本为焊接而成,需要额外考虑焊缝的密封,在一定程度上增加了成本与制造难度;同时还需要解决氢气渗透问题,否则内胆发生失稳或屈服反应,都将影响气瓶使用寿命甚至引发安全问题;

碳纤维:由于Ⅳ型储氢瓶内胆是高分子材料,其承压性不如铝制内胆,因此需要高品质碳纤维缠绕增加耐压性,在缠绕时还需优化缠绕工艺,以免发生内胆变形。

同时,在制取树脂与碳纤维复合制成碳纤维增强复合材料时,为保护内胆结构,需要使得固化温度低于塑料内胆软化温度,而为了保证气瓶在实际使用过程中完全处于安全状态,就需要树脂玻璃化转变温度大于105℃,因此寻求相互的平衡也成为一项关键技术难点。

此外,Ⅳ型储氢瓶并未实现大规模上路验证,数据样本较少,且目前仅个别企业获得了Ⅳ型储氢瓶的型式认证与制造许可,短期内国内Ⅳ型储氢瓶还无法实现大规模、多规格的生产;反观Ⅲ型储氢瓶,经过示范城市群的不断投运,已有较为充分的实际验证,形成了较为完善的国产化体系,产业逐渐闭环。因此相比之下,Ⅳ型储氢瓶替代陷入了35MPa竞争力不够、70MPa市场规模太小的尴尬境地。

整体来说,作为车载压力容器的Ⅳ型储氢瓶,其发展不论是35MPa还是70MPa最终都需要氢车市场的起量。

但依据当下产能与现状,35MPa Ⅳ型储氢瓶在商用车领域存在一定的替代空间,但其并不会一蹴而就完全替代Ⅲ型储氢瓶,两者将在较长一段时间内处于共存,而从未来看,70MPa Ⅳ型储氢瓶或许会更具有应用前景。

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