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随着日益严重的能源危机,以及汽车排放引起的环境污染问题逐渐得到世界各国的重视,氢燃料电池汽车已经成为全球汽车产业的焦点。
(来源:微信公众号“能链” ID:energylink 作者:Demi)
车载储氢技术是氢燃料电池车发展的关键,直接影响氢燃料电池汽车的续航里程和成本。
由于氢的质量能量密度很高、体积能量极低,较为现实的做法是在生产厂将制得的氢气压缩或液化后进行运输和储存。
能链了解到,基于物理的车载储氢方式主要包括车载高压气态储氢(CGH2)、车载深冷高压储氢(CcH2)、车载液氢储氢(LH2 ),而基于材料的车载储氢方式主要包括金属氢化物储氢、有机液体储氢等。
目前,国内外35MPa气态储氢主要应用于商用车,如公交车、物流车;70MPa气态储氢应用于乘用车;液态储氢国外已从航空航天领域转到民用领域,国内主要还是用于航空航天领域。
▲图片来源:TrendBank
三种物理车载储氢方式对比
车载高压气态储氢(CGH2)、车载深冷高压储氢(CcH2)、车载液氢储氢(LH2 )都存在着各自的优势和劣势:
车载高压气态储氢的优势在于成本低、技术成熟度高、寿命长、无蒸发。其劣势则是重量和体积密度较低、加氢速率较低。
车载低温液氢储氢的优势是重量和体积密度较高、加氢速率快。其劣势在于成本高、存在蒸发、技术要求高。
车载深冷高压储氢的优点是高容量和蒸发少,兼具高压气态和液氢优势。其缺点则在于重量大、成本高、材料要求高、技术成熟度低。
就安全性而言:
高压储氢的绝热膨胀能远大于深冷高压储氢和液氢,是深冷高压的十倍和液氢的三十倍。降低储氢温度能显著降低绝热膨胀能,相同温度下压力的变化对绝热膨胀能量影响较小。
因此,车载液氢储氢(LH2 )安全性最高,车载深冷高压储氢(CcH2)安全性次之,车载高压气态储氢(CGH2)安全性最低。
国内外三种车载储氢相关企业
▲图片来源:TrendBank
在高压储氢方面,国内外车载高压储氢企业较多,技术成熟高。国外以Ⅳ型瓶为主,国内都为Ⅲ型瓶。
能链从业内专家处了解到,国内和国外Ⅲ型瓶的技术相差不大,国内就是成本比较高。
目前,我国实施能够适用于35MPa和70MPa的高压储氢瓶相应标准是2017年发布的GB/T35544-2017《车用压缩氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶》国家标准,该标准详细规定了车用氢阀和TPRD的型式试验方法和合格指标。
根据标准70MPa的III型瓶可经过检测试验安全后上车运行,而对于 70MPa IV型瓶法规标准国内尚未做出明确规定。
因此,在国内Ⅳ型瓶技术限制还未放开但市场又有需求的情况下,企业更多的是研发偏向于Ⅲ型瓶。
但目前国内的原材料配套不是很完善,导致好多70MPa的Ⅲ型瓶原材料还都是进口的,成本比较高,这些就限制了国内70MPa氢瓶的发展。
未来,国内氢燃料电池汽车市场也将会升级使用70MPa压力的气态氢,关键还在于解决高成本的问题。
在液氢储罐方面,国外液氢产业成熟,液氢储罐主要用于运输和加氢站领域,车载领域存在技术、成本和市场问题,以试验和验证为主;而国内液氢储罐则处于研发阶段,关键零件依赖进口,尚无车载领域液氢罐。
目前,国际上约400多座加氢站中,已有约1/3采用液氢进行储运。采用液氢储运方式的加氢站建造、运行成本低,更有利于加氢站的基础建设,有利于促成氢燃料电池汽车与加氢站建设的良性循环。
在深冷高压储罐方面,国外已有样车验证,国内尚无。
总结
从技术成熟方面分析,车载高压气态储氢方式是目前最成熟、最主流的储氢方式。
高压储氢方式目前应用于所有商业化的乘用车和商用车,在行驶里程、行驶速度及加注时间等方面均能与柴汽油车相媲美。但是这种方式存在重量和体积密度较低、成本过高的问题,如果对氢燃料电池汽车有更高要求时,该技术则不适用。
从质量储氢密度分析,液态储氢质量储氢密度能达到DOE的标准。目前液氢储罐集中于运输和固定使用,技术成熟,但缺乏车载液氢储罐产品,参与企业较少,未来适用于长距离、使用频率高的商用车、船舶、火车等场景。
车载高压深冷储氢方式兼具高压气氢和液氢优点,储氢密度最高同时蒸发率低,目前处于研发验证阶段,参与企业较少。但是深冷高压加注方式能通用液氢站,液氢运输方式和液氢站的发展是车载深冷高压储氢的最有利条件。
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