高效、安全的儲氫技術,是氫能利用走向產業化的關鍵要素之一。
隨著燃料電池汽車銷量的快速增長,作為車載儲氫系統關鍵零部件的儲氫瓶正在釋放出巨大的市場需求。為了提高整車安全性、續航里程等,市場亦對儲氫瓶性能,如輕量化、低成本及低重容比等,提出了更加嚴苛的性能要求,因此具有低重容比的Ⅳ型瓶相較于Ⅲ型瓶更符合未來發展趨勢。
在此背景下,國內產業鏈企業在技術攻關、產品研發及產能擴建方面不斷持續加碼。5月23日,在2023世界氫能技術大會(WHTC2023)上,未勢能源最新成果——第二代70MPa-57L Ⅳ型儲氫瓶首次公開亮相,便贏得海內外業界同行、氫燃料電池整車廠商、上下游客戶的廣泛關注。
開啟商業化進程,Ⅳ型儲氫瓶迎風口
氫燃料電池汽車作為儲氫瓶的核心應用場景,隨著中央及各地推廣應用氫燃料車的政策陸續出臺,商業化進程將明顯加快,也將支撐儲氫瓶需求“猛增”,并迎來“風口”期。
據業界統計,2022年中國市場車載儲氫瓶需求量約為6.9萬支,同比增長127.7%;2025年可達23萬支,年復合增長率約為66%;2023可達224萬支,年復合增長率約為61%。也有相關人士預測,未來中國將成為全球最大的車載儲氫瓶市場,2020-2050年中國儲氫瓶市場規模合計有望達到3234億元。
目前Ⅲ型瓶是國內市場的主流。Ⅲ型瓶的應用是基于在設計、批量生產、使用壽命和安全等方面長期的經驗總結。此類氣瓶雖然滿足泄漏率和滲透率的規定值,但與Ⅳ型瓶相比,其疲勞次數有很大的局限性,Ⅳ型瓶在降低成本和重量方面具有更大的潛力。
但業內人士指出,當前我國Ⅳ型儲氫瓶仍存在幾個關鍵技術難點,如金屬瓶口與塑料內膽兩種不同屬性材料的密封及密封材料的選擇、碳纖維纏繞過程中如何保證內膽不變形、如何精準檢測氫氣泄漏等,使得國內Ⅳ型儲氫瓶推廣遇到難題。
但是包括未勢能源在內的企業,正不遺余力地攻破技術難關,積極推進Ⅳ型儲氫瓶的商業化應用。
降本增效,打造Ⅳ型儲氫瓶價值樞紐
從車載方面來看,氫儲能主體使用的還是氣瓶,但是氣瓶成本偏高,碳纖維是儲氫瓶制造的關鍵原材料,其成本和性能對儲氫瓶的成本和使用性能影響重大。
一句話總結,即“成本”是永恒的痛點,“降本”是持續的課題。
從Ⅲ型到Ⅳ型,如何在保障產品穩定性、安全性的同時兼顧成本,未勢能源給出了答案。
基于客戶端不同工況環境應用需求,充分發揮儲氫領域關鍵技術自主研發優勢,通過大量的可行性設計方案和試驗驗證,未勢能源陸續攻克了70MPa Ⅳ型儲氫瓶耐低溫性差、產品一致性低、可靠性低等多項“卡脖子”技術難題。
【Ⅳ型儲氫瓶產品效果圖】
技術自主,助力行業降本增效。未勢能源Ⅳ型儲氫瓶關鍵原材料(如碳纖維)與核心配套部件(如瓶口閥、內膽材料等)均已實現100%國產化,綜合成本降低20%,且具備輕量化、長壽命、高安全等綜合性能優勢。
在儲氫瓶配套化產品應用,未勢能源自主研發的70MPa減壓閥、瓶閥產品在輕量化、高密封等方面實現了技術的創新性突破,同時成功降本40%,推動國產化氫用閥門正式進入“千元時代”。并實現了氫用閥門品類30余款全覆蓋,大大提高了國產氫用閥門產品的“自給率”。
在輕量化方面,未勢在綜合考慮纏繞層、內膽、瓶閥座等相互影響后,通過逐一降低單一零部件的重量最終實現產品的高儲氫質量密度。例如結合神經網絡優化理論達到了輕量化纏繞層設計,減少纏繞層的用量,結合纏繞DOE以及固化仿真研究使得工藝參數達到最優化設計,提高碳纖維的發揮強度,內膽結構優化形狀優化設計,保證相同輪廓下容積最大化。
目前未勢Ⅳ型儲氫瓶產品性能指標的離散系數可控制在5%以內,纏繞效率較濕法提高80%以上,固化時間縮短30%,疲勞測試壽命>50000次,質量儲氫密度達到6.1wt%,超過美國能源部(DOE)設定的2025年質量儲氫密度目標值5.5wt%,達到世界領先水平。
智能制造,國產化替代加速。近日,未勢能源Ⅳ型儲氫瓶生產線在保定工業園正式落成,并進入試生產階段,規劃產能10萬支/年。
該產線車間占地面積4000余平米,引進高端全自動化智能生產線,涵蓋內膽成型、表面處理、纖維纏繞、固化、檢驗與試驗、產品包裝等完整生產工藝流程,實現從設計開發、生產制造到品質檢驗全過程閉環管控,確保產品的一致性、可靠性與安全性。
該生產線的落成,標志著未勢能源已具備Ⅳ型儲氫瓶的規?;a能力,在產業化發展上邁出了“里程碑”式一步。同時,該生產線還將推動未勢能源自主實現70MPa Ⅳ型儲氫瓶國產化的替代,也將推動成本進一步下降,助推高壓儲氫瓶規模化生產應用。
業內專家指出:“氫能是一個具備10萬億規模潛力的產業集群。我們經常說技術構建平臺,現在平臺有了,場景定義產品,產品也有了,該是模式創造價值的時候了。”
這也是未勢能源一直在做的事情。未來,未勢能源Ⅳ型儲氫產品將陸續落地,通過運營數據積累,推動儲氫技術革新,為行業降本增效的同時推動整個氫能產業的建設,促進產業的規?;c商業化發展。