高压气态储氢具有充放氢速度快、容器结构简单等优点,是现阶段主要的储氢方式,而且储运的介质,主要就是储氢瓶。
一、车载储氢瓶种类及发展趋势
目前车载储氢瓶主要有以下种类:
I 型:全金属结构,通常为钢。
II型:主要是金属,在环向方向有一些纤维外包裹,主要是钢或铝,玻璃纤维复合材料;金属容器和复合材料共享大约相等的结构载荷。
III 型:带有全复合材料外包装的金属内衬,通常为铝,带有碳纤维复合材料;复合材料承受结构载荷。
IV 型:全复合结构,聚合物——通常是聚酰胺 (PA) 或高密度聚乙烯 (HDPE) 衬里,带有碳纤维或混合碳/玻璃纤维复合材料;复合材料承载所有结构载荷。
V 型:无衬里,全复合结构,目前尚处于研发中。
伴随氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化,氢储运的难题正成为全世界的研究热点。储氢瓶是其中极其重要的一种储运介质,下表列举了不同储氢瓶的各项性能对比。
就当下而言,Ⅳ型储氢气瓶因其质量轻、耐疲劳等特点正成为全世界的研究热点,也是氢燃料电池乘用车储能装备的未来趋势。日本、韩国、美国与挪威等国的 Ⅳ型储氢气瓶均已量产,其余国家也有相关计划加大Ⅳ型气瓶的研究力度。
二、Ⅳ型储氢瓶结构及材料
IV型储氢瓶的结构主要包括以下部分:
内胆:瓶壁总厚度约为20~30mm,最内层与氢气直接接触的是阻气层,厚度约为2~3mm,材料是PA6、PA612、PA11、HDPE等,起阻隔氢气的作用;
中间层:是比较厚的耐压层,材料是CFRP碳纤维增强复合材料,由碳纤维和环氧树脂构成,在保证耐压等级的前提下,尽量减小该层厚度以提高储氢效率;
表层:厚度约为2~3mm,材料是GFRP玻纤增强复合材料,由玻璃纤维和环氧树脂构成。
IV型瓶内胆多采用尼龙6、高密度聚乙烯(HDPE)以及PET聚酯塑料等,对应的成型工艺主要为注塑、吹塑和滚塑成型。丰田、现代已量产的IV型瓶均为注塑+焊接工艺,该种成型方式成本低、运用较广泛、但良品率也较低,且必须配合后续的焊接工序。