70MPa儲氫罐的研究進展

氫氣是一種清潔的燃料, 氫能是未來有發展前景的新能源之一。氫的利用主要包括氫的生產、儲存和運輸、yingyongsangefangmian，erqingdechucunshiqizhongdeguanjian。qingqichucunjishudezhihou
，xianzhileqingdedaguimoyingyong
，tebieshijiaotonggongjushangdeyingyong。erhouzheyaoqiuxitongchuqingnenglibixudadao6.5wt%（重量百分比）。據報道，美國能源部所有氫能研究經費中有50%用於氫氣的儲存。氫的儲存方法有高壓氣態儲存、低溫液態儲存和固態儲存3種。目前大規模應用的方法是高壓氣態儲存，氫氣的壓縮壓力是在200到350MPa之間。近年來，70MPa儲氫已經進入示範使用階段。

由碳纖維複合材料組成的新型輕質耐壓儲氫容器, 其儲氫壓力可達到70MPa。耐壓容器是由碳纖維、玻璃、陶瓷等組成的薄壁容器, 其儲氫方法簡單, 成本低, 儲氫質量分數可達5%～10% , 而且複合儲氫容器不需要內部熱交換裝置。現在正在研究能耐壓80MPa的輕型材料, 這樣, 氫的體積密度可達到36 kg/m3。但這類高壓氫瓶的主要缺點是需要較大的體積和如何構築理想的圓柱形外形; 另外, 還需要解決閥tiyurongqidejiekoujikuaisujiaqingdengguanjianjishu。yincigaoyayasuochuqingrongqihaixuyaojinyibufazhan。tongshiyouyugaoyayasuochuqingrongqishouxianyuqingqibenshendemidu，qichuqinglianghennandafududetigao。rutu1所示
，為了達到500公裏的一次續航裏程，采用70Mpa的儲氫壓力
，其儲氫係統要有125kg，體積要達到260L。

據美國DOE的2009年儲氫的一份報告統計，目前有33輛車輛使用了70MPa儲氫技術係統，係統質量容量為2.5-4.4 wt%，體積容量為18-25 g/L。為提高續駛裏程，70MPa高壓儲氫是國內外氫能儲存的發展目標和研究重點。受材料生產能力限製，我國目前還沒有生產70Mpa的高壓儲氫容器，主要依靠於日本進口。本文對近期70MPa儲氫罐研究動態進行了總結。

美國Quantum 公司和加拿大Dynetek 公司

車載氫氣供應係統研究與開發，目前比較領先的是加拿大的Dynetek公司和美國的Quantum公司。美國Quantum 公司的與美國國防部合作，成功開發了移動加氫係統—HyHauler係列
，分為HyHauler普通型和改進型。普通型HyHauler係統的氫源為異地儲氫罐輸送至現場
，加壓至35 或70MPa存儲，進行加注。改進型HyHaulerxitongdezuidatedianshiqingyuanweizidaidianjiezhuangzhidianjieshuizhiqing
，tongshigaijinxingjuyougaoyakuaichongjishu，wanchengdanliangchedejiazhushijianshaoyusanfenzhong。meiguoguofangbuyijingqianzhanxingdijiangHyHauler係統應用到部分車輛上進行檢測。加拿大Dynetek公司也開發並商業化了耐壓達70 MPa 、鋁合金內膽和樹脂碳纖維增強外包層的高壓儲氫容器,廣泛用於與氫能源有關的行業。

美國通用汽車和Impco公司

美國通用汽車公司( GM) 首先開發出用於燃料電池的、耐壓達70MPa的雙層結構儲氫罐,內層是由無接縫內罐及碳複合材料組成,外層是可吸收衝擊的堅固殼體,體積與以往耐壓為35 MPa 的儲氫罐相同,可儲存3.1 kg 壓縮氫。美國加利福尼亞州Irvine 的Impco 技術公司隨後也研製出耐壓達69MPa的超輕型Trishield 儲氫罐,質量儲氫密度可達7.5% ,該公司目前正致力於開發質量儲氫密度達8.5 %和11.3 %、耐壓性能更好的儲氫罐。

中國浙江大學

2009年12月4日，浙江大學王新華研究員主持的2006年探索導向課題“70 MPa靜態化學熱壓縮高壓超純氫壓縮技術與裝置”通過了國家科技部高技術中心組織專家的驗收。2009年科技部又推出了863課題
，研製70Mpa的車載氣瓶，大力推動我國高壓儲氫技術的發展。

在國家高技術研究發展計劃(863計劃)等的資助下
，針對氫氣壓縮、儲存和氫安全中存在的問題，經過近十年的努力，該課題組突破了70MPa高壓氣態儲氫係統的若幹關鍵技術
，取得的主要成果有： （1）安全狀態遠程在線監控的全多層大容積高壓儲氫容器 將(jiang)鋼(gang)帶(dai)錯(cuo)繞(rao)筒(tong)體(ti)技(ji)術(shu)與(yu)雙(shuang)層(ceng)等(deng)厚(hou)度(du)半(ban)球(qiu)形(xing)封(feng)頭(tou)和(he)加(jia)強(qiang)箍(gu)等(deng)結(jie)構(gou)相(xiang)結(jie)合(he)，創(chuang)新(xin)性(xing)地(di)提(ti)出(chu)了(le)全(quan)多(duo)層(ceng)高(gao)壓(ya)容(rong)器(qi)結(jie)構(gou)，研(yan)製(zhi)成(cheng)功(gong)擁(yong)有(you)自(zi)主(zhu)知(zhi)識(shi)產(chan)權(quan)的(de)國(guo)際(ji)首(shou)台(tai)高(gao)於(yu)70MPa的鋼帶錯繞全多層高壓儲氫容器，突破了高壓氫氣的經濟、安全、規模儲存的難題。 （2）集壓縮、淨化於一體的低能耗70MPa靜態化學氫壓縮機 研發了在150℃下釋氫平台壓力達到80MPa的儲氫合金
，解決了高壓下儲氫合金粉末堆積預防和傳熱優化、氫容量匹配等關鍵技術，形成了高壓超純氫靜態化學氫壓縮技術，研製成功了國際首台70MPa靜態化學氫壓縮機，該壓縮機同時具有顯著提高氫氣純度的功能。 （3）輕質鋁內膽纖維全纏繞高壓儲氫氣瓶設計製造技術 建立了纖維全纏繞高壓儲氫氣瓶結構－材料－工藝一體化的自適應遺傳優化設計方法,解決了超薄（0.5mm）鋁內膽成型
、高抗疲勞性能的纏繞線形匹配等關鍵技術，成功研製了70MPa纖維全纏繞高壓儲氫氣瓶的單位質量儲氫密度達5.78wt%，實現了纖維全纏繞高壓儲氫氣瓶的輕量化。 （4）高壓氫氣快充溫升仿真係統及其控製技術 考(kao)慮(lv)材(cai)料(liao)比(bi)熱(re)容(rong)隨(sui)溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)和(he)氣(qi)瓶(ping)內(nei)外(wai)壁(bi)之(zhi)間(jian)的(de)傳(chuan)熱(re)，構(gou)建(jian)了(le)高(gao)預(yu)測(ce)精(jing)度(du)的(de)車(che)載(zai)高(gao)壓(ya)儲(chu)氫(qing)容(rong)器(qi)快(kuai)充(chong)溫(wen)升(sheng)數(shu)值(zhi)仿(fang)真(zhen)係(xi)統(tong)，準(zhun)確(que)預(yu)測(ce)了(le)快(kuai)充(chong)過(guo)程(cheng)中(zhong)氣(qi)瓶(ping)內(nei)各(ge)處(chu)壓(ya)力(li)、溫度的分布規律
，給出了實用可靠的溫升控製方法。

法國空氣化工產品公司

空氣化工產品公司在氫氣存儲方麵的研究取得新的進展：開發出基於複合儲氫罐的“縮短壓縮過程的加氫站”。zhezhonggaijindefuhexingchuqingguan，xiaochulexianchangyasuoqingqidexuyao
，dadajiangdileqingqijiazhujijiaqingzhanjichusheshijianshechengben。gaizhongjishunenggoutigaochengbenxiaoyideguanjianshikaoyizhuangzaifuheyalirongqidetuoche（composite pressure vessel trailer
，以下簡稱CPVs）來(lai)實(shi)現(xian)的(de)。該(gai)拖(tuo)車(che)與(yu)氫(qing)氣(qi)加(jia)注(zhu)部(bu)件(jian)直(zhi)接(jie)相(xiang)連(lian)
，這(zhe)樣(yang)使(shi)得(de)氫(qing)氣(qi)運(yun)輸(shu)車(che)整(zheng)合(he)成(cheng)為(wei)加(jia)氫(qing)站(zhan)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)。通(tong)過(guo)這(zhe)項(xiang)先(xian)進(jin)的(de)技(ji)術(shu)

，加(jia)氫(qing)站(zhan)可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)地(di)加(jia)注(zhu)壓(ya)力(li)為(wei)700 bar/10,000 psi氫能汽車

，這使得加注氫氣具有更大的靈活性和帶來成本的降低。

日本汽車研究所

日本汽車研究所（JARI）FCEV 中心己開發出能夠承受37 MPa 和70 MPa 壓力的高壓儲氫罐，但是在壓力由37 MPa 增至70MPa 時
，這種儲氫罐能夠容納的氫僅增加了60 % , 這意味著儲氫罐在儲存極限以及製造更為緊湊的儲氫罐方麵存在問題。

日本豐田公司

其采用了豐田獨自開發的70Mpa的高壓氫儲存箱
，容量156L

，較從前的FCHV都有所增加，儲罐壓強增加了一倍。FCHV-adv一次充氫後續航裏程可達830公裏
，達到了以往同類車型兩倍的水平。

豐田FCHV-adv FCHV-adv全稱為Fuel Cell Hybrid Vehicle-advanced
，是由高壓氫為燃料的高性能燃料電池“TOYOTA FC Stack”和鎳氫蓄電池兩種動力源驅動的混合動力概念車。

豐田FCHV-adv的70Mpa儲氫罐

韓國現代公司

韓國現代汽車公司於2010年12月22日宣布，開發出第三代燃料電池汽車：Tucson ix燃料電池電動汽車(FCEV)，將於2011年試產，並將於2015年量產。

現代Tucson ix FCEV

現代汽車公司第三代燃料電池電動汽車(FCEV)設置有100kW燃料電池係統和兩個儲氫罐（70MPa）。儲氫罐滿罐儲氫全行程為650km，相當於汽油動力汽車。可在溫度低達-25°C下啟動。

Tucson ix FCEV的行程比第二代Tucson FCEV高出76%
，第二代Tucson FCEV滿罐儲氫全行程為370km。這種新型燃料電