目前，被國(guó)際燃料電池汽車廣泛使用的IV型儲(chǔ)氫瓶，在國(guó)內(nèi)卻長(zhǎng)期處于空白狀態(tài)。據(jù)記者了解，IV型瓶具有長(zhǎng)壽命、輕量化、生產(chǎn)效能高、降成本潛力大等優(yōu)勢(shì)。隨著氫能產(chǎn)業(yè)熱潮興起，市場(chǎng)對(duì)IV型儲(chǔ)氫瓶的需求越來(lái)越迫切。

優(yōu)勢(shì)明顯應(yīng)用潛力大

目前主流的車載儲(chǔ)氫技術(shù)——高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，其容器按種類可分為：純鋼制金屬瓶(I型)、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶(II型)、鋁內(nèi)膽纖維纏繞瓶(III型)和塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶(IV型)4種。

當(dāng)前，鋁內(nèi)膽纖維纏繞III型瓶在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)主流，已開(kāi)發(fā)出35MPa和70MPa兩種容器,技術(shù)較為成熟，而塑料內(nèi)膽纖維纏繞的IV型還處于研發(fā)階段。與之相對(duì)的是，美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家已廣泛應(yīng)用IV型瓶，Hexagon、豐田、佛吉亞等公司具備批量生產(chǎn)能力。

中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院IV型瓶檢測(cè)試驗(yàn)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人古純霖介紹說(shuō)，2013年左右國(guó)外將IV型瓶應(yīng)用到燃料電池汽車上，取得不錯(cuò)的效果。

與其他種類相比，IV型瓶?jī)?nèi)膽從原來(lái)鋼性的金屬內(nèi)膽變成有一定彈性的塑料內(nèi)膽，其壽命大幅提高，優(yōu)勢(shì)顯著。中材科技（成都）有限公司總工程師米寬指出，基于相同的氣瓶外形尺寸和相同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，水容積方面，III型瓶是54L，IV型瓶是60L，多10%左右，具有更優(yōu)的存儲(chǔ)密度。

“IV型瓶?jī)?nèi)膽方便成形，本身價(jià)格也較為便宜。”同濟(jì)大學(xué)教授張存滿指出，未來(lái)IV型瓶的成本可以達(dá)到目前III型瓶成本的1/4左右?！半S著規(guī)模的上升，IV型瓶成本還有很大的降幅空間。III型瓶的價(jià)格也會(huì)有所降低，但成本仍是IV型瓶的1.5、1.6倍。”

在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，未來(lái)IV型瓶更具市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，是行業(yè)發(fā)展方向。

關(guān)鍵技術(shù)欠缺標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)缺位

盡管前景看好，但目前國(guó)內(nèi)IV型瓶還存在諸多技術(shù)難點(diǎn)。

首先是塑料內(nèi)膽材料能否與氫氣相容。古純霖指出，內(nèi)膽材料在加塑、擠壓過(guò)程當(dāng)中會(huì)不會(huì)出現(xiàn)缺陷，耐加工、高溫、光照耐老化等性能如何，要對(duì)材料進(jìn)行選擇與評(píng)價(jià)。

其次是塑料內(nèi)膽的纖維纏繞技術(shù)，確保氫氣瓶不變形?！癐II型瓶?jī)?nèi)膽是金屬，纏繞的時(shí)候有一定張力，而塑料內(nèi)膽用力纏的話可能會(huì)產(chǎn)生變形，目前的技術(shù)是對(duì)其進(jìn)行沖壓，相當(dāng)于給一個(gè)支撐，保證瓶子不變形。沖多大的壓力、如何跟瓶子張力配合，是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)?！惫偶兞胤Q。

在塑料內(nèi)膽與金屬瓶口的密封性上，如何規(guī)避國(guó)外的技術(shù)專利也是一大難題?！皟?chǔ)氫瓶瓶口需要跟閥門(mén)連接，螺紋有要求，不能是塑料的，因此該連接位置的密封是關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)外企業(yè)發(fā)展的較早，申請(qǐng)了一些專利，對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)而言，不僅要研發(fā)出滿足密封要求的結(jié)構(gòu)，還要規(guī)避國(guó)外專利?！惫偶兞乇硎?。

在張存滿看來(lái)，IV型瓶本身有優(yōu)勢(shì)也有劣勢(shì)?！癐V型瓶塑形變形能力、抗疲勞性好，但內(nèi)膽氫氣的抗?jié)B透能力差。”他指出，IV型儲(chǔ)氫瓶最大的技術(shù)挑戰(zhàn)是抗?jié)B透。

“氫氣從內(nèi)膽滲透出來(lái)，滲透到車?yán)?，在密閉空間可能引發(fā)事故甚至爆炸?！惫偶兞靥寡裕瑲錃庑孤读糠浅Ｐ?，如何能精準(zhǔn)地檢測(cè)并定位到泄露位置，微小泄漏量的高精度實(shí)時(shí)檢測(cè)也是亟待突破的難點(diǎn)。

除了上述技術(shù)問(wèn)題外，標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)不健全是國(guó)內(nèi)IV型瓶滯后的深層次原因。據(jù)了解，上個(gè)世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)車載天然氣氣瓶采用過(guò)IV型瓶，但后來(lái)出了一些安全事故，監(jiān)管部門(mén)覺(jué)得IV型瓶技術(shù)尚未成熟，被禁止使用。

“什么樣的產(chǎn)品稱作合格品，還不太明確，缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)手段?！钡聡?guó)萊茵TüV集團(tuán)全球電力電子產(chǎn)品服務(wù)副總裁李衛(wèi)春指出，國(guó)內(nèi)對(duì)IV型瓶的使用較為謹(jǐn)慎。

安全是重中之重需綜合考慮經(jīng)濟(jì)性

“氫氣爆炸極很寬，去年國(guó)外連續(xù)發(fā)生了3起爆炸事故，引發(fā)人們對(duì)氫能源的擔(dān)憂。安全性是第一位的，一旦出現(xiàn)了安全問(wèn)題，行業(yè)就會(huì)被否定。”古純霖表示，氣瓶在我國(guó)屬于特種設(shè)備，對(duì)其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、經(jīng)營(yíng)都提出了非常具體的要求，“必須確保安全，一旦違反，就要負(fù)法律責(zé)任?！?/span>

據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，IV型瓶國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在緊鑼密鼓的審議中。隨著標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，IV型瓶屆時(shí)將迎來(lái)發(fā)展利好。

據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)IV型瓶已經(jīng)到試制階段，部分企業(yè)已經(jīng)試制出IV型瓶樣品。在張存滿看來(lái)，技術(shù)滿足以后，降低成本是應(yīng)用的關(guān)鍵，IV型瓶達(dá)到車載應(yīng)用必須滿足高可靠性、高密度、高安全性和低成本四個(gè)關(guān)鍵條件?！耙惠v乘用車售價(jià)二十萬(wàn)元左右，如果儲(chǔ)氫瓶要五萬(wàn)元、十萬(wàn)元，車輛就沒(méi)辦法賣了。這對(duì)產(chǎn)業(yè)而言，是最致命的問(wèn)題。”

儲(chǔ)氫技術(shù)的研發(fā)還需要與上下游技術(shù)匹配，系統(tǒng)、綜合地考慮車載儲(chǔ)氫的經(jīng)濟(jì)性。李衛(wèi)春表示，儲(chǔ)氫瓶所需關(guān)鍵材料——碳纖維，全球供應(yīng)企業(yè)有限，與塑料、環(huán)氧樹(shù)脂、密封材料等一樣都主要依賴于進(jìn)口，價(jià)格高昂。國(guó)產(chǎn)IV型瓶材料同樣需要進(jìn)一步攻克。

來(lái)源:中國(guó)能源報(bào)  作者:盧奇秀