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中材成都生产的储氢瓶主要为铝内胆碳纤维全缠绕三型(见图1),其产品安全性高:内胆采用铝板拉深成型工艺,相比铝管成型,板材成型的内胆内外表面更光滑,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(具体产品信息见图2)。同时,中材成都可为客户提供定制化解决方案,即根据客户要求提供不同尺寸、不同压力产品,亦可按客户要求组装成供氢系统。通过展会上与工作人员沟通得知,中材成都生产的三型瓶也可以达到70MPa工作压力。
图2中材成都-氢气瓶具体信息
(二)佛吉亚——储氢罐
佛吉亚(Faurecia)成立于1997年,主要致力于四大汽车产品:座椅系统、排放控制技术系统、内饰系统和外饰系统,已发展为全球领先的汽车零部件科技公司。通过优化氢气在燃料电池堆的储存和输出,佛吉亚一直在探索汽车产业改良燃料电池技术,使之产业化的方法。
图3Faurecia高压储氢罐
(上:700bar 69L,容量2.75KgH2,储存容量>7wt%;下:700bar 100L,容量4.1KgH2,储存容量> 7wt%;)
Faurecia在汉诺威工业博览会氢燃料电池展(2018年4月)展出了其高压储氢系统,并特别展出了其高压储氢罐(如图3所示)。通过与Stelia Aerospace Composites合作,Faurecia正在开发轻质且经济高效的700 bar储氢解决方案。
(三)日本JFE——储氢瓶
日本JFE公司是世界大型钢铁企业集团之一,是日本第二大钢铁集团,亦是全世界为数不多的生产小轿车外板的企业,多项技术代表世界钢铁行业的最高水平。
图4 JFE Type4储氢瓶原型
(长约580mm,外径约220mm,重约14kg)
(四)韩国ILJIN Composite——CHG氢气罐
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业务涉及工业钻石,elecfoil可充电电池,触摸屏面板,无缝钢管,特高压电缆和重型电机,超声医疗设备和LED。此外,ILJIN的绰号是“冒险先锋公司”。当每个人都在睡觉时,在ILJIN的8个研究中心,超过100名研究人员正在度过不眠之夜,以开发可以打开一个全新世界的技术。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)(如图5所示),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。
图5ILJIN Composite 超轻复合氢气罐
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。(CHG产品详情见图6)
图6 CHG产品详情
(五)Hexagon Composites
Hexagon(海克斯康),总部位于挪威,是数字解决方案的全球领导者,致力于创建自治连接生态系统(ACE),通过物理世界与数字的融合,数据无缝连接,并且智能内置于所有流程。海克斯康包含以下 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。
本次展会上,Hexagon展出了70MPa四型储氢瓶,并展示了其剖面结构。
图7 70MPa储氢瓶展品
图8 储氢瓶剖面结构
Hexagon还给出了X-STORE系列气体存储容器的资料,工作压力范围分别为25MPa,30MPa和50MPa。
图9 25MPa储氢瓶详细信息
图10 30MPa储氢瓶详细信息
图11 50MPa储氢瓶详细信息
注:2016年,Hexagon Composite公司收购了德国的xperion Energy&Environment,以巩固其在全球复合材料压力缸和系统市场的地位。xperion Energy&Environment位于德国卡塞尔,是汽车工业和天然气运输的四型高压气瓶的领先制造商。2018年11月8日,Hexagon压缩气瓶制造商海克斯康(Hexagon Composites)与ASA签署协议,收购Agility Fuel Solutions Holdings Inc.剩余50%股份。合并后的业务将为全球各种终端市场提供清洁能源解决方案,包括家用、工业、天然气运输、船舶、铁路以及轻型、中型和重型车辆等,将进一步巩固海克斯康全球领先气体燃料解决方案供应商的地位。
(六)NPROXX——四型储氢罐
NPROXX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(见图12),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。
使用CFRP(复合材料)压力容器的其他优点是它们耐用并且提供耐化学性、X射线透光率和无热膨胀。
图12 NPROXX-四型储氢罐
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(见图13)。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。
图13 NPROXX储氢系统解决方案
(40ft加油站的储氢容器)
图14 40ft加油站的储氢容器技术参数
总结:先进的储氢容器被广泛认为是氢气工业不断发展的关键因素,从本届燃料电池展会的参展展品情况来看,四型瓶是储氢瓶的主流技术路线。虽然目前国内由于政策法规原因不能使用四型瓶作为高压储氢容器,但是国内厂商同样积极储备四型瓶制造技术,并有样品参展。总的来看,四型瓶是保证高安全性,效率和耐用性的最佳选择。其轻质结构改善了车辆的行驶里程,有效载荷和操作,并为氢燃料电池汽车的发展增添动力。
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