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国产70MPaIV型储氢瓶风起

2020-03-06 10:52:22 高工氢燃料电池

被国际主流燃料电池乘用车批量使用的70MPaIV型储氢瓶,在国内却长期空白,令人遗憾。而随着近两年燃料电池汽车的火热,关于70MPaIV型储氢瓶的研发终于有了“破冰”迹象。

就在刚刚闭幕不久的日本展会上,沈阳斯林达安科新技术有限公司(下称“斯林达”)展出了一款70MPaIV型储氢瓶,这是国际舞台上首次有国产70MPaIV型储氢瓶实物展出。

除斯林达外,近日京城股份(600860)发布非公开发行A股股票预案(二次修订稿),里面提到拟使用募集资金投资金额5200万元,用于四型瓶智能化数控生产线建设项目,该项目生产的IV型瓶主要应用于作为氢能汽车与天然气汽车中的储气装置。

与此同时,在近期一些地方政府发布的项目申报通知中,也明确提到将资助企业突破70MPaIV型氢气瓶的复合材料结构关键技术,促进国产IV型氢气瓶的研制,比如佛山市科学技术局网发布关于2020-2022年开放基金关于氢能部分重大重点项目指南和受理申报的通知(戳此查看);山西省即将评审首批受理氢能专项申报申请(戳此查看)。

企业的实物展示及生产线建设计划,政府设立专项资金资助研发,让长期被搁置的70MPaIV型储氢瓶迎来了曙光。而备受业界关注的是,70MPaIV型储氢瓶商业准入何时开放?系统性标准何时建立?研发及批量生产过程中的重重技术难关又如何攻克?距离商业推广有多远?

技术工艺攻克难,需协同多方力量

高压气态储氢容器主要分为纯钢制金属瓶(I型)、钢制内胆纤维缠绕瓶(II型)、铝内胆纤维缠绕瓶(III型)及塑料内胆纤维缠绕瓶(IV型)4个类型。I型、II型储氢密度低、安全性能差,难以满足车载储氢密度要求。而凭借提高安全性、减轻重量、提高质量储氢密度等优势,III型、IV型瓶的车载应用已经较为广泛,其中国外多为IV型瓶,国内则多为III型瓶。

相比于III型瓶依然沿用金属内胆,IV型瓶的塑料内胆则完全颠覆了原有气瓶技术,凭借优异的抗氢脆腐蚀性、更轻的质量、更低的成本及更高的质量储氢密度与循环寿命,成为引领国际氢能汽车高压储氢容器发展方向的“新宠”。尤其在燃料电池乘用车领域,没有IV型瓶,可以说必定步履维艰。国外IV型瓶应用较多,正与其燃料电池乘用车销量较多有关。

值得一提的是,国内每一种类型的储氢瓶都分不同的压力等级,III型瓶分35MPa和70MPa,而IV型瓶其实也可以区分高压力和低压力,但由于业界通常拿丰田70MPa IV型瓶作为标杆,同时IV型瓶只有在高压力下的优势才能更好的体现,如果只是低压力,III型瓶或许在成本及后期使用上更有优势。所以,业界所探讨的及在研发的都是70MPa IV型瓶。

高工氢电了解到,国内目前车载储氢系统基本都采用35MPaIII型瓶,针对70MPaⅢ型瓶的国家标准已经出台,但实际装车却寥寥无几。此前公开消息中,车企中只有上汽集团有过样车;氢瓶生产企业基本都储备有70MPaⅢ型瓶技术,但公开消息中,也仅有斯林达70MPaⅢ型瓶通过型式试验。70MPaⅢ型瓶应用进展尚且缓慢,更何况技术难度高许多的IV型瓶。

斯林达副总经理杨树军表示:“IV型瓶的研发有几个关键技术难点,比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;塑料内胆材料与氢是否相容,材料如何选择与评价;内胆成形过程中,无损检测手段及评价;碳纤维缠绕过程中如何保证内胆不变形等。同时,诸多环节都缺乏相应的细致标准及检测手段,什么样的产品才是合格的,不太明确。目前企业都是按照产品自身特点,判断可能会产生哪些问题,再划定一个界限。”

具体而言,金属瓶口与塑料内胆两种不同材料属性的密封非常有难度,解决不好氢气容易泄露。目前有采用橡胶密封件/O型密封圈的,也有提出瓶口与塑料内胆直接咬合方案的,但当前依然面临较大风险。同时密封材料能否达到气瓶的生命周期要求,如何判定也缺乏标准;复合材料的选择上,与氢的相容性怎么判定,如何保证气瓶全寿命周期内,塑料性能还能满足气瓶的要求,没有损伤、泄露及开裂;

塑料内胆成形有吹塑及注塑焊接等方式,金属有无损检测,但塑料焊接完后,到底会有什么样的缺陷,对气瓶造成什么样的影响,没有标准;碳纤维缠绕过程中,由于塑料内胆不像金属内胆有刚性,如果直接采用Ⅲ型瓶缠绕的方式会变形,如何保证不变形需要技术手段。

海控复合材料科技有限公司总经理张晓冰则指出,IV型瓶的研发横跨了复合材料、压力容器及装备等诸多领域。目前IV型瓶所需的材料都需要进口,包括塑料、环氧树脂、密封材料、碳纤维等。受限于国内基础材料研究薄弱,国内能够采购基础材料进行合成的企业很少;专业生产IV型瓶的工艺装备技术也缺乏,这都不是短期内就能解决的。

多学科知识的融合,跨领域的通力合作,有助于推进IV型瓶的研发进步。

标准法规推进难,需谨慎积极对待

70MPa IV型瓶的研发生产虽然难关重重,但国际上却有挪威Hexagon、日本丰田、法国佛吉亚等公司实现了批量生产,并应用在各种车型上。

其中Hexagon是IV型瓶行业的“鼻祖”,在材料、工艺及装备上都积累了极为丰富的经验;丰田依托自身技术打造了IV型瓶行业标杆;佛吉亚与现代汽车合作,近日其与现代汽车签订合同,将从2021年开始,在接下来的4年时间里为现代汽车提供10000个储氢瓶。

为何国外发展如此迅速,而国内却步履维艰?前文所述的技术工艺难点是一方面,而国情不相同、标准法规的推进缓慢则是更深层次的原因。

事实上,早在多年前,国内车载天然气气瓶采用过IV型瓶(与IV型氢瓶类似,都采用塑料内胆纤维缠绕),出厂时这些气瓶都符合相关规范,结果装车后出现了问题,甚至出现多起人命事故,很多当事人被停职。这导致法规标准制定者很抵触IV型瓶,至今仍然没有放开。

“氢瓶装载到车上使用时,影响安全的因素非常多,可能氢瓶出厂时是符合国家标准规范的,但使用时却会出现问题。”一名业内人士说道,国外采用IV型瓶没有问题,但这并不代表国内采用就不会出现问题,因为处于摸索阶段,不可控因素太多。

不过,随着国外IV型瓶应用的日趋成熟,以及国内企业、资本的推动,在发展氢能成为大势所趋的形势下,或许就能打开一道口子。而当前正处于打开这道口子的关键时刻。

一名参与标准制定的企业高层表示:“我们参与了这块工作,确实感到责任重大。各家技术的掌握程度不同,对产品理解有差异,是参差不齐的。在这种情况下,标准一方面需要‘通用性’,但又要保证各个企业在不同的条件下不会出现问题,非常难。”

在他看来,国内70MPa IV型储氢瓶发展导向很热,这对产业发展是利好,相关法规标准推进工作很难,但不做也不行,否则更加落后。所以,业界既要积极推动,也要非常谨慎,必须踏踏实实把事情做起来,在标准制定上,要细致要具体要科学。既然做了就必须要成功,因为一旦出现问题,对于行业将是毁灭性的打击。

高工氢电了解到,Hexagon、法国佛吉亚等外资企业都看好中国IV型瓶市场,但由于目前商业准入不允许,目前没有实质性的订单,只是在做前期的市场铺垫工作。国内以斯林达为代表的企业率先展开研发,这对于行业发展有很好的引领作用。研发与法规标准推进工作必须同时并进,若等到商业准入放开再搞研发,肯定为时已晚。




责任编辑: 李颖

标签: 燃料电池 储氢瓶 氢能汽车

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