氢能与燃料电池产业之储氢技术专题报告
1、车载储氢技术多元化，高压气态储氢是主流路径
1.1、车载储氢技术是燃料电池重点突破环节
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， 车载储氢技术的改进是未来氢燃料电池车发展的重点突破环节。
为了达到性能要求，众多研究机构对车载储氢技术提出了新标准，其中美国 能源部(DOE)公布的标准最ju权威性——质量储氢密度为 7.5%，体积储 氢密度为 70 g/L，操作温度为 40~60 °C。
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、 高压低温液态储氢、金属氢化物储氢及有机液体储氢等。35MPa 气态储氢主 要应用于商用车，如城市公交车、物流车、团体班车;70MPa 气态储氢应用 于乘用车;液态储氢主要应用于军事领域，民用
推广需要技术突破。
(1)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，该技术不适用;
(2)从质量储氢密度分析，液态储氢、有机液体储氢的质量储氢密度最高， 能达到 DOE的标准，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;
(3)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，目前不适合推广。
1.2、高压气态车载储氢已达可使用状态
高压气态储氢是一种最常见、应用最广泛的储氢方式，其利用气瓶作为储存 容器，通过高压压缩方式储存气态氢。其优点是成本低、能耗相对小，可以 通过减压阀调节氢气释放速度，充放气速度快，动态响应好，能在瞬间开关 氢气。
国际主流技术以铝合金/塑料作为氢瓶内胆用于保温，外层则用 3 公分左右厚 度的碳纤维进行包覆，提升氢瓶的结构强度并尽可能减轻整体质量。氢瓶阀 门处利用细长的管道将几组氢瓶进行串联，并加装温度传感器等监控设备。安全性方面，当温度传感器感应到外界温度远高于正常温度时(一般超过100°C 时)，会自动打开阀门快速释放瓶内所有气体。
根据应用方式的不同，高压气态储氢分为车用高压气态储氢和固定式高压气 态储氢。
餐饮管理是什么(1)车用高压气态储氢
车用高压气态储氢主要应用于车载系统，大多使用金属内胆碳纤维全缠绕气 瓶(III 型)和塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶(IV 型)。当前国内车载系统中主 要以 III 型瓶为主，国内有科泰克、北京天海、沈阳斯林达、中材、富瑞特装 等多家车用氢瓶生产企业。
我国已经完成能够适用于 35MPa 和 70MPa 的高压储氢瓶的相应标准 GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶》，于2017 年 1 2 月 29 日发布，2018 年 7 月 1 日开始实施。标准规定了车用压缩氢气铝内 胆碳纤维全缠绕气瓶的型式和参数、技术要求、试验方法、检验规则、标注、 包装运输和存储等要求，保障了高压储氢气瓶的安全性。
车载氢系统是燃料电池汽车的重要部件，由储氢瓶及辅助系统(BOP)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2 中 可以发现:
1) 储氢瓶成本结构中，湿法缠绕(碳纤维外层覆盖)占比接近 90%;
2) 辅助系统成本结构中，组装费用占比极低;
3) 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;
金属内胆碳纤维全缠绕气瓶(III 型):以 6061 铝合金为内胆外面全缠 绕碳纤维，我国已开发 35MPa 和 70MPa。其中 35MPa 已被广泛用于 氢燃料电池汽车，70MPa 正逐步推广。沈阳斯林达“70MPa 高压气态 储氢系统关键技术及应用”项目获得了国家教育部科技进步一等奖。
塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶(IV 型):以塑料内胆外面全缠绕碳纤维， 国外乘用车以该类型为主，如日本丰田、挪威 Hexagon。
(2)固定式高压气态储氢
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固定式高压气态储氢主要应用在固定场所，如制氢厂、加氢站以及其他需要 储存高压氢气的地方。目前主要使用大直径储氢长管和钢带错绕式储氢罐来 储氢。
l大直径储氢长管:石家庄安瑞科气体机械有限公司 2002 年在国内率先 研制成功 20/25MPa 大容积储氢长管，并应用于大规模氢气运输。长管 气瓶材料为铬钼钢 4130X，强度高，具有良好的抗氢脆能力。
l钢带错绕式储氢罐:钢带错绕式储氢罐目前有 45Mpa 和 98Mpa 两种型 号，如浙大与巨化集团制造生产的两台国内最高压力等级 98MPa 立式 高压储罐，安装在江苏常熟丰田加氢站中。
目前单座加氢站投资规模(不包括土地)约 1500 万人民币，固定投资主要 包括压缩机、储气罐、分配器、预冷器等设备及安装费用，占比分别为13% /18%/13%/7%/20%。随着市场规模的扩大，在规模经济的影响下，压缩机、 储气罐单位成本下降幅度较大。根据 Ahmad Mayyas 在论文《Manufacturi ng competitiveness analysis for hydrogen refueling
stations》测算数据， 如果需求量每年由 10 家增长至 100 家，那么单位压缩机、储气罐价格将由 14.5/32 万美元下降至 4.6/17.6 万美元.
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1.3、其他车载储氢方式尚不成熟
1.3.1、有机液体储氢 云朵卡通
有机液体储氢技术借助某些烯烃、炔烃或芳香烃等储氢剂和氢气产生可逆反 应实现加氢和脱氢。与常见的高压气态储氢、低温液态储氢、固体储氢材料 储氢相比，有机液体储氢具有以下特点:
1) 反应过程可逆，储氢密度高;
2) 氢载体储运安全方便，适合长距离运输;
3) 可利用现有汽油输送管道、加油站等基础设施。
有机液体储氢关键在于选择合适的储氢介质。目前研究中主要采用的储氢介 质包括环乙烷、乙基咔唑等。环己烷利用苯-氢-环己烷可逆化学反应来实现 储氢，具有较高的储氢能
力，在常温下为液态，脱氢产物苯在常温常压下也 是液态，方便运输。甲基环己烷脱氢产生氢气和甲苯，且甲基环己烷和甲苯 在常温常压下都是液体，因此，甲基环己烷也是比较理想的储氢载体。
液体有机储氢材料最大的特点就是常温下为液态，能够方便地运输和储存。武汉氢阳研发了一种稠杂环有机分子作为有机液体储氢材料，储氢高达 58g/L，并可在常温常压下利用管道、槽罐车等运输。该有机液体储氢材料 已经投入应用。其推出的新型有机液态储氢材料安全指标远高于汽油、柴油 等传统能源。
酸萝卜怎么腌制1.3.2、低温液态储氢
低温液态储氢技术是将氢气压缩后冷却到-252 °C以下，使之液化并存放在 绝热真空储存器中。与高压气态储氢相比，低温液态储氢的质量和体积的储 氢密度都有大幅度提高，通常低温液态储氢密度可以达到 5.7%。仅从质量 和体积储氢密度分析，运输能力是高压气态氢气运输的十倍以上。
在欧美日等国家，液氢应用相对比较成熟，在运输、加氢站和车载中都有应 用。我国液氢
目前主要应用在航天领域，以及少数的电子行业。航天 101 所 在液氢的制备、储运、应用上都有成熟的经验。相关部门正在研究制定液氢 民用标准，车用液氢技术研究正在进行中，未来液氢将应用在一些长途、重 型商用车，以及加氢站中。
藏的近义词1.3.3、金属氢化物储氢
金属氢化物储氢适用于对重量不敏感领域，该技术利用过渡金属或稀土材料 与氢反应，以金属氢化物形式吸附氢，然后加热氢化物释放氢。当金属单质 作为储氢材料时，能获得较高的质量储氢密度，但释放氢气的温度高，一般 超过 300 °C。为了降低反应温度，目前主要使用 LaNi5 、Ml0.8 Ca0.2 Ni5 、 Mg2Ni、Ti0.5V0.5Mn、FeTi、Mg2Ni 等 AB5 、A2B、AB 型合金，合金储氢 材料的操作温度均偏低，质量储氢密度为 1%~4.5%。
由于储氢合金具有安全、无污染、可重复利用等优点，已在燃气内燃机汽车、 潜艇、小型储氢器及燃料电池车中开发应用。浙江大学成功开发了燃用氢- 汽油混合燃料城市节能公共汽车，其使用的是 Ml0.8Ca0.2Ni5 合金储氢材料， 在汽油中掺入质量分数为 4.5%的氢，使内燃机效率提高14%，节约汽油 30%。日本丰田汽车公司采用储氢合金提供氢的方式，汽车时速高达150 km/h，行驶距离超过 300 公里。
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