III 型瓶
以锻压铝合金为内胆,外面包覆碳纤维,结构如下图所示。III型瓶使用压力主要有35MPa、70MPa两种。其中,中国车载储氢中主要使用35MPa的III型瓶,70MPa瓶也已研制成功并小范围应用。目前,70MPa的III型瓶使用标准GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》已经颁布,并小范围应用于轿车中。
图1 III型储氢瓶结构图
IV 型瓶
也是由3层结构组成,内层为高密度聚合物,中层为耐压的碳纤维缠绕层,表层则是保护气瓶和碳纤维树脂表面的玻璃纤维强化树脂层,具体结构如下图。IV型瓶的使用压力为70MPa,质量储氢密度为5.7%。
图1 IV型储氢瓶
储氢瓶,特别是IV型瓶的开发需要综合考虑成本、体积、安全性、以及续航里程等问题。近年来,采用新材料设计和开发的储氢瓶不断涌现,典型代表有:
① 中材成都:铝内胆碳纤维全缠绕三型氢气瓶
中材科技(成都)有限公司是中材科技股份有限公司的全资子公司,以车载CNG气瓶、氢燃料电池气瓶和气体储运单元为主营业务。主要气瓶产品为铝内胆碳纤维全缠绕三型氢气瓶,工作压力可达70MPa。采内胆用铝板拉深成型,表面更光滑,内胆纤维之间紧密度更高,产品疲劳性能大大提高,且一致性好,产品图如下。
图3 中材成都铝内胆碳纤维全缠绕三型氢气瓶
② 韩国ILJIN Composite:超轻复合氢气罐
ILJIN是韩国第一家开发配电配件技术的公司,ILJIN Composites部门主要开发和生产复合材料燃料箱。其开发的超轻复合氢气罐(简称CHG)采用了碳纤维复合材料以及增强纳米复合材料内衬,是最具前景的Ⅳ型瓶。CHG氢气罐具有出色的储氢效率,采用无泄漏喷嘴和碳纤维材料保证安全性。同时,轻质材料的应用减轻了气罐重量,提升经济性。
图4 LJIN Composite 超轻复合氢气罐
③ 挪威Hexagon Composites:70MPaⅣ型储氢瓶
Hexagon(海克斯康),总部位于挪威,是数字解决方案的全球领导者。Hexagon Composites致力于开发高性能轻质储氢瓶产品,本田、奔驰等车企均采用其技术产品。Hexagon开发的70MPa复合材料Ⅳ型储氢瓶如下图所示。
④ 德国NPROXX:Ⅳ型储氢瓶
NPROXX是德国一家专业从事氢能源解决方案的公司,其采用“filament wet winding”方法制造出高强度和轻质的Ⅳ型储氢瓶(如下图),使用寿命长达30年,几乎是Ⅰ型和Ⅱ型瓶的两倍。
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