2019年我国车载储氢技术现状及发展方向分析

2019-07-12 01:35

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        氢能的使用主要包括氢的生产、储存和运输、应用等方面，而决定氢能应用关键的是安全高效的氢能储运技术。氢燃料电池车需要满足高效、安全、低成本等要求。氢气储存技术滞后限制了氢能源在各类交通工具上大规模应用，车载储氢技术和车载氢系统的改进是未来氢燃料电池车发展的重点突破环节。

        参考观研天下发布《2019年中国汽车行业分析报告-产业供需现状与未来趋势预测》

        目前，氢燃料电池车车载储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢及有机液体储氢。车载氢系统由储氢瓶及辅助系统两部分组成。随着生产量的扩大，单位成本将在规模优势下逐步下降。从表中可以发现：储氢瓶成本结构中，湿法缠绕占比接近 90%；辅助系统成本结构中，组装费用占比极低；如果生产规模由 1 万套/年提升至 50 万套/年，车载氢系统总成本将下降38%，其中储氢瓶与辅助系统成本下降幅度分别为20%、64%；碳纤维成本占比由 45%上升至 62%，成为影响最大的成本要素。

车载氢系统成本

项目	生产规模
项目	1 万套	3 万套	8 万套	10 万套	50 万套
吹制加工	51.38	27.6	20.16	19.27	17.84
退火处理	31.4	11.39	5.78	7.74	5.65
湿法缠绕	2192.19	2187.45	2030.42	1934.75	1877.09
B 固化	16.59	5.16	4.23	4.79	4.34
瓶肩泡沫	16	12.28	11.12	10.98	10.76
加压	63.95	12.09	6.94	8.79	7.31
阀座	35.68	28.9	25.91	25.21	24.9
液压实验	14.92	8.76	7.99	7.52	7.52
填充压注测试	52.68	21.17	17.23	14.86	14.86
储氢瓶成本合计	2474.79	2314.8	2129.78	2033.91	1970.27
辅助系统	1804.23	1264.37	997.47	935.88	650.62
系统组装	10.47	9.61	9.5	9.44	9.33
辅助系统成本合计	1814.7	1273.98	1006.97	945.32	659.95
车载氢系统总成本	4289.49	3588.78	3136.75	2979.23	2630.22

数据来源：中国氢能协会

目前，虽然各种储氢技术均已在车载中有应用，但是我国的技术水平与国外还存在一定的差距：①中国IV型瓶还处于研发阶段，而国外乘用车已经开始使用质量更轻、成本更低、质量储氢密度更高的IV型瓶，我国成熟的产品也只有35 MPa和70 MPa的III型瓶，其中70 MPa的III型瓶在乘用车样车上应用。②中国制造的III型瓶的主要原材料碳纤维仍依赖进口。由于中国研发起步晚、原材料性能差等原因，中国生产的碳纤维还不能满足车用氢瓶的要求，主要依赖进口。③国外液氢储罐已在汽车上应用，而中国还未实现。通用汽车、福特汽车、宝马汽车等都推出使用车载液氢储罐供氢的概念车，但中国可以自行生产液氢，但尚未将其应用于车载氢系统。

国内外储氢瓶性能参数对比

国别	生产公司	型号	容积/L	质量/Kg	压力/Mpa	质量储氢密度%
挪威	Hexagon	IV	64	43	70	6
日本	丰田	IV	60	42.8	70	5.7
中国	天海工业	III	140	80	35	4.2
		III	165	88	35	4.2
		III	54	54	70	>5.0
	科泰克	III	140	-	35	4.0
	科泰克	III	65	-	70	>5.0
	斯林达	III	128	67	35	4.0
	斯林达	III	52	52	70	>5.0
	中材科技	III	140	78	35	4.0
		III	162	88	35	4.0
		III	320		35	-

数据来源：中国氢能协会

各种储氢技术也存在各有优缺点。从技术成熟方面分析，高压气态储氢最成熟、成本最低，是现阶段主要应用的储氢技术，在汽车行驶里程、行驶速度及加注时间等方面均能与柴汽油车相媲美，但如果对氢燃料电池汽车有更高要求时，该技术不再适合。从质量储氢密度分析，液态储氢、有机液体储氢质量储氢密度最高，能达到DOE要求的目标，但两种技术均存在成本高等问题，且操作、安全性等较之气态储氢要差。从成本方面分析，液态储氢、金属氢化物储氢及有机液体储氢成本均较高，不适合目前小批量化推广。

车载储氢技术取得了快速发展，未来，储氢技术还要继续会向着美国能源部目标发展。同时，还需不断探索开发新的储氢技术，如碳纳米管、石墨烯、有机骨架材料（MOFs）等纳米材料储氢。随着不断的深入研究，车载储氢技术将会向高水平、低成本方向等发展，为新能源汽车领域开拓新的局面，为全球的低碳经济做出贡献。

资料来源：中国氢能协会，观研天下整理，转载请注明出处（LXY）

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