车用复合材料高压储气瓶材料的发展
复合材料高压储气瓶的发展始于 20 世纪 50 年代,储气瓶具有质量轻、高强度、高模量和可设计性强等特点。
美国在1972 年开始使用纯金属的铝合金气瓶,1975年研制出复合材料缠绕铝内胆的高压气瓶,这一研制成果使气瓶质量仅有钢瓶的百分之三十五。
德国戴姆勒克莱斯勒汽车公司于2008年开始生产奔驰氧燃料电池汽车,其高压储氢气瓶的公称工作压力为70MPa,续驶里程达678km。
2009年推出的雪佛兰氢燃料电池汽车也使用了70MPa复合材料高压储氢气瓶,续驶里程达320km。
韩国现代公司于 2010 年开发出第三代燃料电池汽车, Tucsonix 燃料电池电动汽车( FCEV) , 设置有 100kW 燃料电池系统和两个储氢气瓶( 70MPa) 。
2015年发布的氢燃料电池汽车搭载了70MPa复合材料高压储氧气瓶。
近几年内,世界的其他大汽车公司也相继推出了自己的轻质高压储氢气瓶提供燃料的燃料电池汽车,如丰田的 FCX V4、FCX Clarity 等;奔驰公司的 B-Cell、F-Cell 等,使用的气瓶的工作压力在 35~70MPa 之间,国际上,80MPa 的高压储氢气瓶是实验室目前开发的重点。
盘点国外IV型高压储氢瓶公司
1、韩国ILJIN Composite(原名Iljin Composites)
ILJIN成立于1968年,是韩国第一家开发配电配件技术的公司,随后首次生产铜包钢线,工业合成金刚石和印刷电路板(PCB)用电子元件。ILJIN Composites部门开发和生产复合材料燃料箱,这是压缩天然气(CNG)车辆和氢燃料电池汽车的关键。ILJIN Composite开发了超轻复合氢气罐(以下简称CHG),该产品采用碳纤维复合材料以及增强纳米复合材料内衬,并在美国获得ANS / CSA NGV2-2000压缩天然气凝固罐的认证。CHG的优点包括,具有出色的储氢效率;采用无泄漏喷嘴,超轻复合CNG罐在任何环境下都不会漏气;采用具有优异耐热性和抗疲劳性的高科技碳纤维复合材料,具有极佳的安全性,在任何情况下都不会出现性能下降。CHG不仅是汽车用各种复合高压罐中最轻的一种,而且非常有效和经济;由于减少了油箱重量,更多乘客可以乘坐车辆以及在驾驶期间使用更少的燃料。由于超轻复合氢气罐(四型)可以轻松改变其尺寸,因此可以应用于任何类型的车辆。2、Hexagon PurusHexagon(海克斯康)总部位于挪威,包含以下 8个产业单元——智慧农业、地理空间信息、测量,制造智能、智慧矿山、定位智能、PPM和安全与基础设施。Hexagon Composites是用于储存气体的轻质复合材料圆筒的全球市场领导者。Hexagon Composites海克斯康复合材料公司为燃料电池汽车开发了高压氢气罐,这些气罐以氢气为燃料,在运行时不会产生有害排放物。同时Hexagon Composites还可为氢气的地面存储、运输和备用电源提供解决方案。3、NPROXXNPROXX是德国一家专业从事氢能源解决方案的公司,其业务涉及氢储存基础设施、氢气运输重新加油、氢动力轨道车辆、氢动力公共汽车,卡车和其他车辆、氢动力汽车。NPROXX生产的四型储氢罐,与其他储氢罐相比具有明显的优势,包括:碳纤维增强结构可产生出色的强度/刚度与重量比,可使公共汽车和卡车中的气体密封系统重量减少450kg。这导致显著改善的燃料经济性,强调了氢燃料的经济论据。它还扩大了车辆的范围和可以使用这些船舶的情况。NPROXX采用“filament wet winding”方法制造出了高强度和轻质的四型储氢罐。其CFRP Type 4压力容器可以使用长达30年而无需更换,这是1型和2型容器预期寿命的两倍。此外,81个四型储氢罐可在一个20英尺的集装箱内相互连接,作为储氢系统解决方案。同时,NPROXX还提供3型压力容器,包括金属衬里和全复合外包装。4、Quantum Fuel Systems全球高压IV型储氢气瓶市场的主要生产商之一,专注于高压氢气存储和供氢系统的研发与生产,为氢燃料电池汽车等提供关键部件。5、 Luxfer Group全球领先的特种材料和高性能产品制造商,其业务范围包括气体储存和输送解决方案,在IV型高压储氢瓶领域拥有先进技术,为氢能源应用提供安全可靠的储氢解决方案。6、 Faurecia作为全球领先的汽车零部件供应商,Faurecia也在氢能源领域有所布局,提供先进的储氢系统解决方案,包括IV型高压储氢瓶等关键部件。
盘点国内碳纤维复材储氢瓶公司
1、中集安瑞科中集安瑞科成立于2004年,立足清洁能源、化工环境、液态食品行业,为客户提供运输、储存、加工的关键装备、工程服务及系统解决方案。2006年,中集安瑞科开始布局氢能业务,可提供氢能全产业链的整体解决方案,业务方面涵盖了氢能制、储、运、加全产业链的产品、销售和服务运营。2020年5月,中集安瑞科通过与Hexagon的合作,涉足IV型瓶并将其引入中国市场,挪威Hexagon为IV型储氢瓶领域鼻祖。双方联合成立针对中国及东南亚市场快速增长的高压氢气储运的合营公司。于2021年第二季度开始Ⅳ型储氢瓶的生产设施建设。2、兰石重装公司在氢能源领域主要产品为加氢反应器等用氢装备、煤气化制氢装备、储氢用球罐设备等,正在研发超高压储氢装备(45Mpa/75Mpa)、高压气固组合储氢容器、POX造气制氢装置废热锅炉等。近年来,公司依托所属工程研究院、控股股东兰石集团研发力量和兰州新区国家装备制造高新技术产业化基地平台,重点围绕电解水制氢关键技术与装备研发、分布式氢储能技术及应用、煤气化制氢技术、大型高压气态储氢容器的研发和制造、加氢站配套使用的换热冷却装置——微通道换热器、高压大流量氢气压缩机的设计及制造等开展技术研究,并在“高温气冷堆核能制氢系统中的甲烷蒸汽重整反应器”研制领域有相应技术合作及储备。3、中国一重公司是最早实现锻焊结构热壁加氢反应器国产化的企业,目前国内石化企业所使用的国产锻焊结构加氢反应器多为公司生产。4、国机重装公司研制的加氢反应器,创造了世界加氢反应器产品和制造技术工艺复杂性的“世界之最”。公司氢能源装备目前正处于研发阶段,重点加强在储氢装备等方面的产品开发。5、中材科技中材科技是国内较早布局储氢瓶业务的公司,从2008年就开始从事高压储氢气瓶设计,与清华大学共同承接了国家的863项目,2011年完成了验收。中材科技率先研发完成国内最大容积320L燃料电池氢气瓶,并投入市场形成销量;开发取证燃料电池车用及无人机用35MPa氢气瓶20余种规格;成功掌握70MPa铝内胆碳纤维复合氢气瓶关键技术;启动投资氢气瓶生产线技改项目及站用储氢容器生产线项目。中材科技(苏州)拥有成都、苏州、九江三个生产基地。6、巨化集团公司工程有限公司公司有三十多年的压力容器制造历史,具有美国ASME、美国DOT和欧盟TPED国际认证。近年来公司与浙江大学合作开展“863”项目—高压储氢罐的制造,完成了加氢示范站(在北京)三台氢气储存容器(压力分别为47Mpa和75MPa,容积5m3)的制作交付使用并顺利通过验收;在钢制包装容器系列方面,分别建有非重复充装钢瓶、可重复充装钢瓶到罐式集装箱生产线。7、葛洲坝中科储能技术有限公司公司是中国葛洲坝集团股份有限公司的控股子公司,在北京拥有研发中心,在武汉葛洲坝装备产业园建有自己的生产基地。具有国际的大规模压缩空气储能核心技术和产品,致力于储电、储热、储冷、储氢、储气等多种储能领域关键技术研发、系统集成及产业化推广,在能源供给侧为客户提供国际的储能解决方案。8、富瑞特装公司正在进行氢燃料电池车用液氢供气系统及配套氢阀的研发工作,该产品是对目前应用较多的车用高压供氢系统的补充,主要用于氢燃料电池重卡,液氢供气系统产品样品现已试制完成有待进行装车试验,配套氢阀有待交付第三方进行试验。9、京城股份公司所属企业北京天海工业,成立于1992年,拥有无缝气瓶、缠绕气瓶、车用LNG气瓶、CNG气瓶、储氢气瓶、低温贮罐、加气站等多方位的气体储运装备技术能力。在2014年率先完成70MPa高压氢燃料车用储氢瓶的开发。天海工业拥有先进技术水平的铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的设计测试中心及生产线,可设计制造公称工作压力20-70MPa的各种规格铝内胆碳纤维全缠绕高压储氢瓶及供氢系统。在IV型瓶方面,公司已建成了一条柔性化IV型瓶生产线,可以根据车型的安装空间灵活设计气瓶长度和直径参数,使气瓶使用性能最优化。10、丰辰氢能丰辰氢能(广州)科技有限公司成立于2017年3月,公司主要专注于引进全球最先进的氢能领域技术并服务于中国快速成长的氢能市场。丰辰氢能是美国STEELHEADCOMPOSITES公司在中国的唯一合作伙伴,双方将组建合资公司开拓中国市场。美国STEELHEADCOMPOSITES是全球少数掌握四型储氢瓶核心技术的公司,其在产品设计和生产工艺方面有大量的知识产权。在这次展会上,丰辰氢能展示了Ⅳ型储氢瓶产品。11、奥扬科技山东奥扬新能源科技股份有限公司成立于2011年6月,经过多年的创新研发,公司已经掌握了IV型瓶的核心技术。目前公司已经完成了多款IV型瓶产品的研发制造,完成了塑料内胆与金属瓶嘴密封性能专利、碳纤维缠绕技术、产品的一致性等“卡脖子”技术。产品的压力等级涵盖20MPa-70MPa。12、海控复材海控复合材料科技有限公司成立于2017年12月,公司主要从事与复合材料制品、复合材料装备、自动化设备的研发、生产、销售。13、北京科泰克科技公司是专业生产高压容器的高新技术企业。长期从事铝合金内胆、呼吸气瓶、车用复合气瓶、高压及超高压容器的设计、生产和销售。已展开IV型瓶的材料选型匹配等基础性研究工作。隶属国家市场监管总局的中国特种设备检测研究院,也已经到参与到国家70MPaIV型瓶的课题研究中。14、沈阳斯林达深冷科技公司已研发出无缝不锈钢内胆纤维全缠绕气瓶、铝合金内胆、铝合金无缝气瓶、铝合金内胆纤维全缠绕气瓶、铝合金内胆玻璃纤维环向缠绕气瓶、钢质无缝气瓶、车用压缩天然气钢瓶、车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶、车用压缩天然气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶、车用氢气铝合金内胆纤维全缠绕气瓶、消防气瓶、便携式医用供氧器十三类别二百八十余种规格产品。2016年70MPa高压储氢瓶通过了国家型式试验,搭载该气瓶的燃料电池汽车可实现400公里的续航能力。15、亚普股份公司自主研发的III型35MPa车载储氢系统正与相关方深度合作,公司自主研发的IV型70MPa小容积车载储氢瓶已搭载整车台架进行相关性能验证。16、金博碳素
在碳纤维储氢瓶方面,金博氢能拟投资约3000万元,用于碳纤维储氢瓶的研发、生产。公司将在现有技术和人才的基础上,进一步引进碳纤维/树脂复合材料制备相关技术人才,购买先进设备,通过技术研发和创新获取碳纤维储氢瓶的研发、生产能力。
17、天海工业
2021年5月17日,北京天海工业有限公司重磅推出具有完全自主知识产权的新一代车载储氢气瓶——IV型瓶。该产品与同规格III型瓶相比重量可降低约30%,质量储氢密度更高,为氢燃料电池汽车提供了轻量化车载供氢系统新选择。
18、国富氢能
国富氢能已有500~1500L大容积车载液氢气瓶系列产品,产品被广泛应用于绿色交通领域,曾为国内首台大功率氢能源调车机车“氢龙一号”提供国内最大储氢能力的供氢系统,在确保国内市场领先的同时,国富氢能正在中东、东南亚等多个国家和地区进行产业布局。
19、常州融信复合材料有限公司
企业掌握多项碳纤维复合材料压力容器领域核心关键制造技术,建立了基于工艺可实现的设计、制造一体化仿真平台,研制的储氢瓶相比于同类型的复合材料储氢瓶减重20%以上。
20、未势能源科技有限公司
2023年初,未势能源自主研发的第二代70MPa-57L Ⅳ型储氢瓶取得突破性进展,质量储氢密度达到6.1wt%,超过美国能源部(DOE)设定的2025年质量储氢密度目标值5.5wt%,且优于当前国际市场主流品牌同类产品指标,达到世界领先水平,主要适用于氢燃料电池乘用车型车载储氢系统。
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