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国内外市场表现冰火两重天—— IV型储氢瓶国内应用缘何遇冷

作者:卢奇秀 来源:中国能源报 发布时间:2020-10-21 浏览:
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除技术问题外,标准、法规不健全是国内IV型瓶推广不力的深层次原因。目前,IV型瓶国家标准和行业标准正在紧锣密鼓的审议中。随着标准的出台, IV型瓶届时将迎来发展利好。

目前,被国际燃料电池汽车广泛使用的IV型储氢瓶,在国内却长期处于空白状态。据记者了解,IV型瓶具有长寿命、轻量化、生产效能高、降成本潜力大等优势。随着氢能产业热潮兴起,市场对IV型储氢瓶的需求越来越迫切。

优势明显 应用潜力大

目前主流的车载储氢技术——高压气态储氢,其容器按种类可分为: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)和塑料内胆纤维缠绕瓶(IV型)4种。

当前,铝内胆纤维缠绕III型瓶在国内市场占据主流,已开发出35MPa和70MPa两种容器,技术较为成熟,而塑料内胆纤维缠绕的IV型还处于研发阶段。与之相对的是,美国、德国、日本、韩国等国家已广泛应用IV型瓶,Hexagon、丰田、佛吉亚等公司具备批量生产能力。

中国特种设备检测研究院IV型瓶检测试验业务负责人古纯霖介绍说,2013年左右国外将IV型瓶应用到燃料电池汽车上,取得不错的效果。

与其他种类相比,IV型瓶内胆从原来钢性的金属内胆变成有一定弹性的塑料内胆,其寿命大幅提高,优势显著。中材科技(成都)有限公司总工程师米宽指出,基于相同的气瓶外形尺寸和相同的设计准则进行设计,水容积方面,III型瓶是54L,IV型瓶是60L,多10%左右,具有更优的存储密度。

“IV型瓶内胆方便成形,本身价格也较为便宜。”同济大学教授张存满指出,未来IV型瓶的成本可以达到目前III型瓶成本的1/4左右。“随着规模的上升,IV型瓶成本还有很大的降幅空间。III型瓶的价格也会有所降低,但成本仍是IV型瓶的1.5、1.6倍。”

在业内人士看来,未来IV型瓶更具市场优势,是行业发展方向。

关键技术欠缺 标准法规缺位

尽管前景看好,但目前国内IV型瓶还存在诸多技术难点。

首先是塑料内胆材料能否与氢气相容。古纯霖指出,内胆材料在加塑、挤压过程当中会不会出现缺陷,耐加工、高温、光照耐老化等性能如何,要对材料进行选择与评价。

其次是塑料内胆的纤维缠绕技术,确保氢气瓶不变形。“III型瓶内胆是金属,缠绕的时候有一定张力,而塑料内胆用力缠的话可能会产生变形,目前的技术是对其进行冲压,相当于给一个支撑,保证瓶子不变形。冲多大的压力、如何跟瓶子张力配合,是一项关键技术。” 古纯霖称。

在塑料内胆与金属瓶口的密封性上,如何规避国外的技术专利也是一大难题。“储氢瓶瓶口需要跟阀门连接,螺纹有要求,不能是塑料的,因此该连接位置的密封是关键技术,国外企业发展的较早,申请了一些专利,对国内企业而言,不仅要研发出满足密封要求的结构,还要规避国外专利。”古纯霖表示。

在张存满看来,IV型瓶本身有优势也有劣势。“IV型瓶塑形变形能力、抗疲劳性好,但内胆氢气的抗渗透能力差。”他指出,IV型储氢瓶最大的技术挑战是抗渗透。  

“氢气从内胆渗透出来,渗透到车里,在密闭空间可能引发事故甚至爆炸。”古纯霖坦言,氢气泄露量非常小,如何能精准地检测并定位到泄露位置,微小泄漏量的高精度实时检测也是亟待突破的难点。

除了上述技术问题外,标准、法规不健全是国内IV型瓶滞后的深层次原因。据了解,上个世纪90年代国内车载天然气气瓶采用过IV型瓶,但后来出了一些安全事故,监管部门觉得IV型瓶技术尚未成熟,被禁止使用。

“什么样的产品称作合格品,还不太明确,缺乏相应的标准和检测手段。” 德国莱茵TüV集团全球电力电子产品服务副总裁李卫春指出,国内对IV型瓶的使用较为谨慎。

安全是重中之重 需综合考虑经济性

“氢气爆炸极很宽,去年国外连续发生了3起爆炸事故,引发人们对氢能源的担忧。安全性是第一位的,一旦出现了安全问题,行业就会被否定。”古纯霖表示,气瓶在我国属于特种设备,对其设计、生产、使用、经营都提出了非常具体的要求,“必须确保安全,一旦违反,就要负法律责任。”

据业内人士透露,IV型瓶国家标准和行业标准正在紧锣密鼓的审议中。随着标准的出台, IV型瓶届时将迎来发展利好。

据了解,目前国内IV型瓶已经到试制阶段,部分企业已经试制出IV型瓶样品。在张存满看来,技术满足以后,降低成本是应用的关键,IV型瓶达到车载应用必须满足高可靠性、高密度、高安全性和低成本四个关键条件。“一辆乘用车售价二十万元左右,如果储氢瓶要五万元、十万元,车辆就没办法卖了。这对产业而言,是最致命的问题。”

储氢技术的研发还需要与上下游技术匹配,系统、综合地考虑车载储氢的经济性。李卫春表示,储氢瓶所需关键材料——碳纤维,全球供应企业有限,与塑料、环氧树脂、密封材料等一样都主要依赖于进口,价格高昂。国产IV型瓶材料同样需要进一步攻克。

关键字:储氢技术

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