導 語(yǔ)
氫的高質(zhì)量?jì)涿芏葍Υ?，是?shí)現氫能 商業(yè)化應用不可逾越的一項重要技術(shù)瓶頸 ，直接影響著(zhù)氫燃料電池汽車(chē)的高效性、經(jīng)濟性與推廣價(jià)值。 當前，日韓、歐美等多個(gè)國家已率先將Ⅳ型儲氫瓶量產(chǎn)應用于氫燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)，質(zhì)量?jì)涿芏瓤梢赃_到5.5wt%以上；而國內 受各類(lèi)因素影響，市場(chǎng) 應用仍以III型氣瓶為主，儲氫密度僅能達到3.9wt%。
然而，隨著(zhù)氫燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)規?；枨蟮牟粩嘣黾?，國內標準法規的不斷完善，以及國內企業(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(xiě)。
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(jìn)展，質(zhì)量?jì)涿芏冗_到6.1wt%，超過(guò)美國能源部(DOE)設定的2025年質(zhì)量?jì)涿芏饶繕酥?.5wt%，且優(yōu)于當前國際市場(chǎng)主流品牌同類(lèi)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(chē)型車(chē)載儲氫系統。
(IV儲氫瓶產(chǎn)品效果圖)
同時(shí)，基于市場(chǎng)不同場(chǎng)景、不同客戶(hù)類(lèi)型的應用需求，未勢能源IV型儲氫瓶全系產(chǎn)品規劃已在同步推進(jìn)中，工作壓力覆蓋35MPa和70MPa，包括 70MPa-23L、35MPa-210L等不同規格型號的產(chǎn)品序列，部分商用車(chē)載IV型儲氫瓶質(zhì)量?jì)涿芏戎笜丝蛇_到6.8wt%，且全系產(chǎn)品均已實(shí)現關(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、內膽等)實(shí)現100%國產(chǎn)化，綜合成本降低20%，且具備輕量化、長(cháng)壽命、高安全等綜合性能優(yōu)勢，并將于近期陸續發(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，壓力越大對儲氫瓶及閥門(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。尤其，隨著(zhù)氫燃料電池汽車(chē)示范場(chǎng)景與示范規模的不斷豐富擴大，產(chǎn)品實(shí)際應用場(chǎng)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(kāi)發(fā)過(guò)程中，未勢能源基于客戶(hù)端不同工況環(huán)境應用需求，結合氫氣介質(zhì)的特殊性與儲氫系統功能、結構等匹配特性，充分發(fā)揮儲氫領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢，通過(guò)大量的可行性設計方案和試驗驗證，聚焦“新材料、新技術(shù)、新工藝”的應用，陸續攻克IV型儲氫瓶多項關(guān)鍵技術(shù)難題。
攻關(guān)新材料開(kāi)發(fā) ，從源頭擺脫應用局限
未勢能源聚焦關(guān)鍵材料的開(kāi)發(fā)與應用，聯(lián)合國內多家知名高校、科研院所、供應鏈伙伴等共同開(kāi)展深度合作，重點(diǎn)針對塑料內膽原材料的氫阻隔性，內膽在泄放過(guò)程中容易產(chǎn)生的鼓包、屈曲、塌陷，航天級鋁合金的化學(xué)成分控制、熱處理狀態(tài)，碳纖維預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，從源頭擺脫核心材料進(jìn)口、高昂成本帶來(lái)的應用局限。
目前，已陸續取得了包括內膽高分子原材料選型，高強度新型纖維預浸帶與配套樹(shù)脂配方等關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)和應用驗證，從源頭上為儲氫氣瓶的力學(xué)優(yōu)異性能、質(zhì)量穩定性與國產(chǎn)化替代提供重要保障，具有重要的科學(xué)意義和工程應用價(jià)值。
創(chuàng )新結構設計，提升產(chǎn)品可靠性
新材料的選擇固然重要，但要真正體現儲氫瓶質(zhì)量穩定性、一致性與適用性水平，必然離不開(kāi)科學(xué)的結構設計。
(高壓儲氫氣瓶結構示意圖)
瓶口部位金屬閥座與閥門(mén)的轉接頭結構，摒棄常規繁雜的多部件結構設計，通過(guò)自主創(chuàng )新內膽、閥座密封結構與界面化設計，實(shí)現一體化“直連”。其中，金屬閥座采用輕量化結構設計，外觀(guān)曲線(xiàn)與內膽封頭曲線(xiàn)光滑連接，充分考慮外界沖擊時(shí)閥座與碳纖維復合材料的相互作用，做到防滑、防轉，并配合有限元分析軟件，在科學(xué)的安全系數下做到極致“輕量化”設計，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(jìn)一步提升了產(chǎn)品的安全性。
另外，在碳纖維鋪層設計方面，通過(guò)采用遺傳算法、仿真模擬軟件等科學(xué)設計方法，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(chē)整個(gè)生命運營(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構設計，未勢能源大膽創(chuàng )新全流程生產(chǎn)工藝設計，在內膽成型技術(shù)方面，采用目前國內較少應用的注塑-焊接工藝，使得內膽厚度均勻性、尺寸穩定性達到行業(yè)較高水準。
(干法纏繞示意圖)
同時(shí)，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%，疲勞測試壽命>44000次，在達到輕量化目標的同時(shí)，進(jìn)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，有效解決內膽褶皺、屈曲等關(guān)鍵問(wèn)題，大幅提升質(zhì)量?jì)涿芏?、生產(chǎn)效率與質(zhì)量，且纏繞過(guò)程無(wú)滴膠、漏膠等現象，生產(chǎn)環(huán)境更加友好，為后續規?；慨a(chǎn)與市場(chǎng)供應，提供了有效的數據支撐與運營(yíng)經(jīng)驗。
目前，未勢能源自主開(kāi)發(fā)的第二代IV型儲氫瓶系列，已陸續完成火燒試驗、耐久性試驗、使用性能試驗等多個(gè)關(guān)鍵試驗項目測試，生產(chǎn)線(xiàn)建設已進(jìn)入尾聲，“三新”評審相關(guān)工作正在有序推動(dòng)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(mén)產(chǎn)品之后取得的又一重大科研創(chuàng )新成果，標志著(zhù)未勢能源在儲氫技術(shù)領(lǐng)域，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到應用，已具備成套儲氫系統關(guān)鍵技術(shù)及核心部件設計、開(kāi)發(fā)與制造能力，并將有助于未勢能源拓展產(chǎn)業(yè)鏈供應端與應用端布局，進(jìn)一步滿(mǎn)足正在增長(cháng)的高壓氫氣儲運市場(chǎng)需求，為行業(yè)客戶(hù)提供更專(zhuān)業(yè)、更優(yōu)質(zhì)、更具高性?xún)r(jià)比的解決方案，切實(shí)助推氫能儲氫裝備加速?lài)a(chǎn)化替代，打開(kāi)降本增效新空間。
當前，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，我國正在向IV型過(guò)渡，且市場(chǎng)空間正在不斷增大。2023年，我國有望開(kāi)始實(shí)施 IV 型儲氫瓶國家標準，或將成全球最大車(chē)載儲氫瓶市場(chǎng)，國產(chǎn)化勢在必行。在此過(guò)程中，如何通過(guò)技術(shù)攻堅，提升IV型儲氫瓶綜合性能，推動(dòng)市場(chǎng)化降本與規?；瘧?，正在持續考驗整個(gè)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?jì)涿芏入y題，以切實(shí)成果推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng )新，助推國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化與市場(chǎng)化應用降本，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)攻堅隊伍注入一劑強心針，氫能市場(chǎng)未來(lái)可期。
