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中材科技(蘇州):車(chē)載高壓儲(chǔ)氫瓶趨勢(shì)分析

2022-12-09 來(lái)源:高工氫電 瀏覽數(shù):425

“車(chē)載高壓儲(chǔ)氫氣瓶的開(kāi)發(fā)制造,一是注重高安全性,前期開(kāi)發(fā)與后期應(yīng)用都很關(guān)注;二是高儲(chǔ)氫量,當(dāng)前單瓶容積越來(lái)越大,最大接近400L,儲(chǔ)氫量接近10多公斤;三是低成本,這是交通領(lǐng)域車(chē)載應(yīng)用非常關(guān)注的點(diǎn);四是輕量化、占空間小。”中材科技(蘇州)副總經(jīng)理袁卓偉在2022高工氫電年會(huì)上表示。

 “車(chē)載高壓儲(chǔ)氫氣瓶的開(kāi)發(fā)制造,一是注重高安全性,前期開(kāi)發(fā)與后期應(yīng)用都很關(guān)注;二是高儲(chǔ)氫量,當(dāng)前單瓶容積越來(lái)越大,最大接近400L,儲(chǔ)氫量接近10多公斤;三是低成本,這是交通領(lǐng)域車(chē)載應(yīng)用非常關(guān)注的點(diǎn);四是輕量化、占空間小。”中材科技(蘇州)副總經(jīng)理袁卓偉在2022高工氫電年會(huì)上表示。
 
微信圖片_20221209155314
 
在本屆年會(huì)上,袁卓偉發(fā)表了“車(chē)載高壓儲(chǔ)氫氣瓶設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究”的主題演講。在他看來(lái),各類(lèi)儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)品各有優(yōu)缺點(diǎn),在安全性得到保障的前提之下,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)追求一個(gè)平衡性。而后希望能有更大規(guī)模的應(yīng)用,以帶動(dòng)成本的降低。
 
把握儲(chǔ)氫瓶設(shè)計(jì)制造要素
 
氫能儲(chǔ)運(yùn)有很多方式,不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求都不太一樣。長(zhǎng)管拖車(chē)高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的最優(yōu)運(yùn)輸半徑為150-200公里以?xún)?nèi);超過(guò)200公里及以上可以選擇液態(tài)儲(chǔ)氫或者其他的儲(chǔ)氫方式。當(dāng)前高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)最為成熟,預(yù)計(jì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)高壓氣態(tài)依然會(huì)是主要的運(yùn)輸方式。
 
高壓儲(chǔ)氫瓶也是車(chē)載應(yīng)用的主流。這類(lèi)高壓儲(chǔ)氫氣瓶的設(shè)計(jì)與制造尤為注重高安全性、高儲(chǔ)氫量、低成本化、輕量化、占空間小。按照結(jié)構(gòu)型式、承壓等級(jí)不同,車(chē)載高壓儲(chǔ)氫氣瓶主要分為:Ⅲ型鋁內(nèi)膽碳纖全纏(35MPa/70MPa),Ⅳ型塑料內(nèi)膽碳纖全纏(35MPa/70MPa)。目前車(chē)載領(lǐng)域應(yīng)用以35MPa居多,其中乘用車(chē)則以70MPa為主。
 
Ⅲ型與Ⅳ型兩類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯。III型產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)滲漏、抗沖擊性能高、耐溫性好、工藝成熟。中國(guó)鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶的商業(yè)化已經(jīng)處于非常高的水平,可以說(shuō)是超越國(guó)際的,但重量比Ⅳ型瓶要重,成本也高一些。
 
Ⅳ型產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)在于減重率高、耐疲勞性能好、抗腐蝕能力強(qiáng)、工藝成本低,但塑料材質(zhì)的內(nèi)膽氫氣阻隔性能可能比Ⅲ型弱一點(diǎn);同時(shí)密封內(nèi)膽結(jié)構(gòu)復(fù)雜些,而III型瓶?jī)?nèi)膽是一體化成型。所以在不同的技術(shù)發(fā)展階段及不同的應(yīng)用場(chǎng)景,產(chǎn)品開(kāi)發(fā)要追求“平衡”。
 
從材料角度來(lái)看,車(chē)載高壓儲(chǔ)氫氣瓶材料有內(nèi)膽、碳纖維、樹(shù)脂、密封圈等。首先要關(guān)注材料的低溫性能,比如零下50度的脆化溫度、拉伸性能、沖擊性能等;二是滲透性,通常用氫環(huán)境下的阻隔性能如何,分成不同的等級(jí)。不同的材料不同的工藝,滲透性指標(biāo)相差比較大;三是塑料內(nèi)膽成型工藝,有注塑、焊接、注塑焊接以及管束、吹塑等,不同的成型工藝對(duì)材料要求不一樣,同時(shí)對(duì)裝備要求也不一樣。
 
碳纖維方面,儲(chǔ)氫瓶廠(chǎng)商除了關(guān)注基本的設(shè)計(jì)、保證值、強(qiáng)度、模量之外,也關(guān)注碳纖維之間的界面性能是否做得好;纏繞工藝方面,纖維塑料在機(jī)械性能上有差異,工藝處理需要進(jìn)行相應(yīng)的匹配與改善;密封方面,密封圈與氫氣的相融性,高溫下密封圈所表現(xiàn)出來(lái)的性能差異,這在開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要著重進(jìn)行評(píng)價(jià)和測(cè)試。
 
設(shè)計(jì)方面,Ⅲ型與Ⅳ型產(chǎn)品都需要進(jìn)行一體化的仿真及長(zhǎng)期使用壽命的評(píng)估。同時(shí)圍繞輕量化、低成本的市場(chǎng)需求,產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝會(huì)在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行針對(duì)性的改善。
 
制造方面,III型、IV型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同,有不同的制造工藝。中材科技(蘇州)是國(guó)內(nèi)首家采用板式拉深成型工藝制造氫氣瓶?jī)?nèi)膽的企業(yè),該工藝以鋁板為原材料,利用模具幾次拉深加工內(nèi)膽。與傳統(tǒng)的鋁管制造內(nèi)膽的工藝相比,在重量控制、底部安全、產(chǎn)品性能等方面有著顯著優(yōu)勢(shì);IV瓶制造工藝方面,滾塑、吹塑會(huì)有不同的工藝要求。注塑焊接工藝重點(diǎn)在焊接的材料和工藝開(kāi)發(fā)上,同時(shí)針對(duì)缺陷檢測(cè)進(jìn)行有效的識(shí)別和技術(shù)開(kāi)發(fā),以實(shí)現(xiàn)良率的不斷提升及工藝的穩(wěn)定。
 
中材科技(蘇州)領(lǐng)跑儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)
 
中材科技(蘇州)有限公司是中材科技股份有限公司(證券簡(jiǎn)稱(chēng):中材科技代碼:002080)的全資子公司,隸屬于中國(guó)建材集團(tuán)。中國(guó)建材集團(tuán)是國(guó)務(wù)院國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)直接管理的中央企業(yè),連續(xù)11年榮登《財(cái)富》世界500強(qiáng)企業(yè)榜單,2022年排名196位。
 
中材科技在復(fù)合材料壓力容器方面有近60年的技術(shù)儲(chǔ)備,而中材科技(蘇州)又深耕復(fù)合材料壓力容器領(lǐng)域近20年,技術(shù)底蘊(yùn)深厚,是目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)品種類(lèi)覆蓋最全的企業(yè):實(shí)現(xiàn)了從1.5L到385L氫氣瓶規(guī)格全覆蓋,其中385L氫氣瓶是目前批量裝車(chē)容積有明顯優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品。
 
具體來(lái)看中材科技(蘇州)代表性的產(chǎn)品技術(shù):超大容積儲(chǔ)氫氣瓶?jī)?nèi)膽成型技術(shù)、70MPa高壓國(guó)產(chǎn)碳纖維全纏繞儲(chǔ)氫氣瓶技術(shù)開(kāi)發(fā)技術(shù)處于行業(yè)頂尖水平。后者破解了碳纖維原材料供應(yīng)“卡脖子”難題,建立了高壓儲(chǔ)氫氣瓶用國(guó)產(chǎn)碳纖維技術(shù)指標(biāo),系統(tǒng)掌握國(guó)產(chǎn)碳纖維纏繞高壓儲(chǔ)氫氣瓶設(shè)計(jì)制造一體化核心技術(shù);已開(kāi)發(fā)出的車(chē)載70MPa國(guó)產(chǎn)碳纖維儲(chǔ)氫氣瓶,成為國(guó)內(nèi)首家獲得70MPa國(guó)產(chǎn)碳纖維儲(chǔ)氫氣瓶認(rèn)證的企業(yè),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。
 
此外,中材科技的創(chuàng)新產(chǎn)品385L大容積碳纖維纏繞儲(chǔ)氫Ⅲ型氣瓶(產(chǎn)品規(guī)格:CHG3-540-385-35S/A)和70MPa車(chē)載儲(chǔ)氫IV型氣瓶(產(chǎn)品規(guī)格:CHG4-308-63-70T/B1)。該款車(chē)載儲(chǔ)氫IV型氣瓶,氣瓶采用T型結(jié)構(gòu),內(nèi)膽采用注塑+焊接工藝成型,生產(chǎn)線(xiàn)采用自動(dòng)化柔性設(shè)計(jì),全部工序過(guò)程無(wú)人工干預(yù),最大滿(mǎn)足水容積200L氣瓶的生產(chǎn),可在該范圍內(nèi)根據(jù)客戶(hù)需求進(jìn)行“定制化開(kāi)發(fā)”。
 
市場(chǎng)推廣方面,中材科技(蘇州)從2018年到2022上半年年產(chǎn)品裝車(chē)市占率長(zhǎng)期名列前茅。公司產(chǎn)品和服務(wù)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、氣體儲(chǔ)運(yùn)、無(wú)人機(jī)及特種裝備等多個(gè)領(lǐng)域,為國(guó)內(nèi)多家整車(chē)制造企業(yè)和能源公司提供產(chǎn)品和服務(wù)。
 
產(chǎn)能建設(shè)方面,中材科技(蘇州)現(xiàn)階段依托蘇州、成都、九江三大產(chǎn)業(yè)基地,聚焦車(chē)載儲(chǔ)氫氣瓶及供氫系統(tǒng)、氫能儲(chǔ)運(yùn)容器、車(chē)載壓縮天然氣氣瓶、高端工業(yè)氣體儲(chǔ)運(yùn)裝備等創(chuàng)新型產(chǎn)品,逐步形成各具特色、齊頭并進(jìn)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展新格局。目前,中材科技(蘇州)各類(lèi)氣瓶產(chǎn)能可達(dá)70萬(wàn)只/年,氫氣瓶產(chǎn)能為10萬(wàn)只/年。
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