氢云链2020-3-5 17:36
作者,Jack,浙大工学博士导读目前国内储氢技术满足氢燃料电池产业落地,但与日本企业在储氢罐材料上还存在较大差距。70MPa储氢罐已在国内部分加氢站试运营, 国内急需攻克的是“70MPa车载储氢罐技术"。储氢行业在我国是千亿级别市场。技术投入的市场回报值得期待。如图1,储氢技术是氢气的制备、储运、加氢站、氢燃料电池安全应用的保障。氢气的质量能量密度高,约是汽油的3倍,但体积能量密度很低,在常温常压下,比汽油低4个数量级。氢气的运输和储需要经过压缩、液化等方法处理。压缩后的氢气压强可达大气压的数百倍,容易爆炸,因此高压氢气储运的安全性成为消费者关注焦点。是否掌握核心的储氢技术是制约我国氢燃料电池产业化的必要条件之一。图1 氢燃料电池产业链资料来源:玖牛研究院根据公开资料整理高压气态储氢最实用。由于单纯钢瓶对高压强和氢脆的承受能力较弱,金属内胆纤维缠绕复合材料储氢瓶和塑料内胆纤维缠绕复合材料储氢瓶相继被开发出来。其中后者不仅具有更高的储氢密度,而且质量更小,抗压强度更大,适用于车载储氢系统。低温液态储氢虽然体积储氢密度大,但是成本高。低温液态储氢为了绝热保持低温、防止液氢挥发,需要花费较高成本制造复杂储氢装置,同时氢气液化过程需要消耗大量电能(约占总氢能的30%),因此低温液态储氢技术目前主要用于对成本不敏感且只需短时间储氢的航天航空领域。储氢材料储氢存在诸多技术问题。储氢材料尽管在理论上具有更高的储氢密度和安全性,但是实际中存在吸放氢条件苛刻、容易发生副反应、成本高等问题,短时间内无法大规模应用,是未来储氢技术的发展方向。如表2,国内储氢企业业务范围已覆盖上述三种技术,由于高压气态储氢成本低、技术成熟,虽然体积储氢密度较低,目前是国内外被广泛采用的储氢手段。表2 国内储氢企业资料来源:玖牛研究院根据公开资料整理图2 北京飞驰竞力加氢站的金属内衬纤维缠绕储氢瓶资料来源:玖牛研究院根据公开资料整理国内外车载储氢技术中外差距关键在于储氢罐材料。目前国内储氢瓶多是金属内胆,技术升级方向是“全复合轻质纤维缠绕储氢罐”。如图3所示,全复合轻质纤维缠绕储氢罐包括塑料内胆、纤维缠绕层、保护层。塑料内胆具有良好的气密性、耐腐蚀性、耐高温、高韧性等特点,同时提供保持储罐形态和纤维缠绕模具的功能。全复合纤维缠绕瓶的质量约为同储量钢瓶的50%,最适合应用在氢燃料电池汽车的车载储氢系统中。目前来看,“全复合轻质纤维缠绕储氢罐”重量更轻、抗冲击能力更强,是未来氢燃料电池汽车的储氢技术的方向。图3全复合轻质纤维缠绕储氢资料来源:一氢新能源四、我国储氢技术满足氢燃料电池产业化需求国内在35MPa储氢罐、加注机等配套设备上已经实现量产,只在耐高压阀门等少数零部件上依赖进口。如图4所示,加氢站设备成本约占加氢站总成本的70%。可以推测,随着加氢站建设规模扩大,加氢站所需设备、零部件的成本将因为规模效应大大降低,从而使加氢站的建设成本大幅度减小。图4 加氢站成本构成