在本屆年會上，袁卓偉發(fā)表了“車載高壓儲氫氣瓶設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究”的主題演講。在他看來，各類儲氫瓶產(chǎn)品各有優(yōu)缺點(diǎn)，在安全性得到保障的前提之下，設(shè)計(jì)開發(fā)追求一個(gè)平衡性。而后希望能有更大規(guī)模的應(yīng)用，以帶動成本的降低。

 

把握儲氫瓶設(shè)計(jì)制造要素

 

氫能儲運(yùn)有很多方式，不同應(yīng)用場景的需求都不太一樣。長管拖車高壓氣態(tài)儲氫的最優(yōu)運(yùn)輸半徑為150-200公里以內(nèi)；超過200公里及以上可以選擇液態(tài)儲氫或者其他的儲氫方式。當(dāng)前高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)最為成熟，預(yù)計(jì)未來一段時(shí)間內(nèi)高壓氣態(tài)依然會是主要的運(yùn)輸方式。

 

高壓儲氫瓶也是車載應(yīng)用的主流。這類高壓儲氫氣瓶的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)型式、承壓等級不同，車載高壓儲氫氣瓶主要分為：Ⅲ型鋁內(nèi)膽碳纖全纏（35MPa/70MPa），Ⅳ型塑料內(nèi)膽碳纖全纏（35MPa/70MPa）。目前車載領(lǐng)域應(yīng)用以35MPa居多，其中乘用車則以70MPa為主。

 

Ⅲ型與Ⅳ型兩類產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯。III型產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)在于無滲漏、抗沖擊性能高、耐溫性好、工藝成熟。中國鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶的商業(yè)化已經(jīng)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(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)在于減重率高、耐疲勞性能好、抗腐蝕能力強(qiáng)、工藝成本低，但塑料材質(zhì)的內(nèi)膽氫氣阻隔性能可能比Ⅲ型弱一點(diǎn)；同時(shí)密封內(nèi)膽結(jié)構(gòu)復(fù)雜些，而III型瓶內(nèi)膽是一體化成型。所以在不同的技術(shù)發(fā)展階段及不同的應(yīng)用場景，產(chǎn)品開發(fā)要追求“平衡”。

 

從材料角度來看，車載高壓儲氫氣瓶材料有內(nèi)膽、碳纖維、樹脂、密封圈等。首先要關(guān)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(huán)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(biāo)相差比較大；三是塑料內(nèi)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(shí)對裝備要求也不一樣。

 

碳纖維方面，儲氫瓶廠商除了關(guān)注基本的設(shè)計(jì)、保證值、強(qiáng)度、模量之外，也關(guān)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(jī)械性能上有差異，工藝處理需要進(jìn)行相應(yīng)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(xiàn)出來的性能差異，這在開發(fā)過程中需要著重進(jìn)行評價(jià)和測試。

 

設(shè)計(jì)方面，Ⅲ型與Ⅳ型產(chǎn)品都需要進(jìn)行一體化的仿真及長期使用壽命的評估。同時(shí)圍繞輕量化、低成本的市場需求，產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝會在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行針對性的改善。

 

制造方面，III型、IV型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同，有不同的制造工藝。中材科技（蘇州）是國內(nèi)首家采用板式拉深成型工藝制造氫氣瓶內(nèi)膽的企業(yè)，該工藝以鋁板為原材料，利用模具幾次拉深加工內(nèi)膽。與傳統(tǒng)的鋁管制造內(nèi)膽的工藝相比，在重量控制、底部安全、產(chǎn)品性能等方面有著顯著優(yōu)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(diǎn)在焊接的材料和工藝開發(fā)上，同時(shí)針對缺陷檢測進(jìn)行有效的識別和技術(shù)開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)良率的不斷提升及工藝的穩(wěn)定。

 

中材科技（蘇州）領(lǐng)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(tuán)。中國建材集團(tuán)是國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會直接管理的中央企業(yè)，連續(xù)11年榮登《財(cái)富》世界500強(qiáng)企業(yè)榜單，2022年排名196位。

 

中材科技在復(fù)合材料壓力容器方面有近60年的技術(shù)儲備，而中材科技（蘇州）又深耕復(fù)合材料壓力容器領(lǐng)域近20年，技術(shù)底蘊(yùn)深厚，是目前國內(nèi)儲氫瓶產(chǎn)品種類覆蓋最全的企業(yè)：實(shí)現(xiàn)了從1.5L到385L氫氣瓶規(guī)格全覆蓋，其中385L氫氣瓶是目前批量裝車容積有明顯優(yōu)勢的產(chǎn)品。

 

具體來看中材科技（蘇州）代表性的產(chǎn)品技術(shù)：超大容積儲氫氣瓶內(nèi)膽成型技術(shù)、70MPa高壓國產(chǎn)碳纖維全纏繞儲氫氣瓶技術(shù)開發(fā)技術(shù)處于行業(yè)頂尖水平。后者破解了碳纖維原材料供應(yīng)“卡脖子”難題，建立了高壓儲氫氣瓶用國產(chǎn)碳纖維技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)掌握國產(chǎn)碳纖維纏繞高壓儲氫氣瓶設(shè)計(jì)制造一體化核心技術(shù)；已開發(fā)出的車載70MPa國產(chǎn)碳纖維儲氫氣瓶，成為國內(nèi)首家獲得70MPa國產(chǎn)碳纖維儲氫氣瓶認(rèn)證的企業(yè)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

 

此外，中材科技的創(chuàng)新產(chǎn)品385L大容積碳纖維纏繞儲氫Ⅲ型氣瓶（產(chǎn)品規(guī)格：CHG3-540-385-35S/A）和70MPa車載儲氫IV型氣瓶（產(chǎn)品規(guī)格：CHG4-308-63-70T/B1）。該款車載儲氫IV型氣瓶，氣瓶采用T型結(jié)構(gòu)，內(nèi)膽采用注塑+焊接工藝成型，生產(chǎn)線采用自動化柔性設(shè)計(jì)，全部工序過程無人工干預(yù)，最大滿足水容積200L氣瓶的生產(chǎn)，可在該范圍內(nèi)根據(jù)客戶需求進(jìn)行“定制化開發(fā)”。

 

市場推廣方面，中材科技（蘇州）從2018年到2022上半年年產(chǎn)品裝車市占率長期名列前茅。公司產(chǎn)品和服務(wù)廣泛應(yīng)用于汽車制造、氣體儲運(yùn)、無人機(jī)及特種裝備等多個(gè)領(lǐng)域，為國內(nèi)多家整車制造企業(yè)和能源公司提供產(chǎn)品和服務(wù)。

 

產(chǎn)能建設(shè)方面，中材科技（蘇州）現(xiàn)階段依托蘇州、成都、九江三大產(chǎn)業(yè)基地，聚焦車載儲氫氣瓶及供氫系統(tǒng)、氫能儲運(yùn)容器、車載壓縮天然氣氣瓶、高端工業(yè)氣體儲運(yùn)裝備等創(chuàng)新型產(chǎn)品，逐步形成各具特色、齊頭并進(jìn)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展新格局。目前，中材科技（蘇州）各類氣瓶產(chǎn)能可達(dá)70萬只/年，氫氣瓶產(chǎn)能為10萬只/年。