我国储氢技术能否支撑氢燃料电池产业化？

目前国内储氢技术满足氢燃料电池产业落地，但与日本企业在储氢罐材料上还存在较大差距。70MPa储氢罐已在国内部分加氢站试运营， 国内急需攻克的是“70MPa车载储氢罐技术"。储氢行业在我国是千亿级别市场。技术投入的市场回报值得期待。

如图1,储氢技术是氢气的制备、储运、加氢站、氢燃料电池安全应用的保障。氢气的质量能量密度高，约是汽油的 3 倍，但体积能量密度很低，在常温常压下，比汽油低 4 个数量级。

氢气的运输和储需要经过压缩、液化等方法处理。压缩后的氢气压强可达大气压的数百倍，容易爆炸，因此高压氢气储运的安全性成为消费者关注焦点。是否掌握核心的储氢技术是制约我国氢燃料电池产业化的必要条件之一。

图1 氢燃料电池产业链

一、三大储氢技术各有所长

如表1所示，目前国际储氢技术主要有三类：高压气态储氢、低温液态储氢、储氢材料储氢，三种技术各有所长。

表1  三种储氢技术

高压气态储氢最实用。由于单纯钢瓶对高压强和氢脆的承受能力较弱，金属内胆纤维缠绕复合材料储氢瓶和塑料内胆纤维缠绕复合材料储氢瓶相继被开发出来。

其中后者不仅具有更高的储氢密度，而且质量更小，抗压强度更大，适用于车载储氢系统。

低温液态储氢虽然体积储氢密度大，但是成本高。低温液态储氢为了绝热保持低温、防止液氢挥发，需要花费较高成本制造复杂储氢装置，同时氢气液化过程需要消耗大量电能（约占总氢能的30%），因此低温液态储氢技术目前主要用于对成本不敏感且只需短时间储氢的航天航空领域。

储氢材料储氢存在诸多技术问题。储氢材料尽管在理论上具有更高的储氢密度和安全性，但是实际中存在吸放氢条件苛刻、容易发生副反应、成本高等问题，短时间内无法大规模应用，是未来储氢技术的发展方向。

如表2，国内储氢企业业务范围已覆盖上述三种技术，由于高压气态储氢成本低、技术成熟，虽然体积储氢密度较低，目前是国内外被广泛采用的储氢手段。

表2 国内储氢企业

二、目前国内外高压气态储氢方法基本一致高压气态储氢是目前加氢站、氢能园区最广泛采用的方式。

由表3可以看出，国外氢能示范项目大多采用高压气态储氢的方法，这一点国内外没有差别。如北京的飞驰竞力加氢站采用金属内衬纤维缠绕储氢罐，储氢压强超过40MPa。

表3 国内外氢能项目/加氢站

图2 北京飞驰竞力加氢站的金属内衬纤维缠绕储氢瓶

三、车载储氢技术中外差距在于储氢罐材料

如表5所示，目前国外车载储氢罐压强已经达到70MPa，质量储氢密度达到5.7%，相应的氢燃料电池汽车最高续航里程可达600公里；而国内车载储氢瓶的压强普遍为35MPa，质量储氢密度在3%左右，相应的续航里程约为400公里，国内外差距可见一斑。

表5 国内外车载储氢瓶对比

国内外车载储氢技术中外差距关键在于储氢罐材料。目前国内储氢瓶多是金属内胆，技术升级方向是“全复合轻质纤维缠绕储氢罐”。

如图3所示，全复合轻质纤维缠绕储氢罐包括塑料内胆、纤维缠绕层、保护层。塑料内胆具有良好的气密性、耐腐蚀性、耐高温、高韧性等特点，同时提供保持储罐形态和纤维缠绕模具的功能。全复合纤维缠绕瓶的质量约为同储量钢瓶的50%，最适合应用在氢燃料电池汽车的车载储氢系统中。

目前来看，“全复合轻质纤维缠绕储氢罐”重量更轻、抗冲击能力更强，是未来氢燃料电池汽车的储氢技术的方向。

图3 全复合轻质纤维缠绕储氢

图片来源：互联网公开资料如表4，目前只有日本丰田公司和挪威Hexagon公司的全复合纤维缠绕储氢瓶进入商业化阶段，其他各国还尚未完全进入商业化阶段。相比之下，表5显示，我国企业还处在研发阶段。

表4 全复合纤维缠绕储氢瓶研究现状

四、我国储氢技术满足氢燃料电池产业化需求国内在35MPa储氢罐、加注机等配套设备上已经实现量产，只在耐高压阀门等少数零部件上依赖进口。

如图4所示，加氢站设备成本约占加氢站总成本的70%。可以推测，随着加氢站建设规模扩大，加氢站所需设备、零部件的成本将因为规模效应大大降低，从而使加氢站的建设成本大幅度减小。图4 加氢站成本构成

根据国际经验，35MPa储氢罐的氢燃料电池汽车续航里程基本能够满足日常出行需求。70MPa储氢罐虽然安全性和轻便性更好，虽然目前碳纤维等原材料价格昂贵、罐体结构复杂、制作技术难度高。

随着国内燃料电池汽车大规模量产，70MPa轻质车载储氢罐的成本也会随之降低。”70MPa储氢罐已在国内部分加氢站试运营， 国内急需攻克的是“70MPa车载储氢罐技术”。

好消息是，大连的上市公司中集安瑞科（03899）与同济大学合作，已经掌握70MPa加氢站储氢罐量产技术；另一家上市公司福瑞特装（300228）与美国普拉格能源（PLUG）合作，预计2018年底推出国内首个70MPa轻质车载储氢罐量产产品原型，这将缩短国内外储氢技术的差距，促进我国氢燃料电池产业发展。储氢行业在我国是千亿级别市场。技术投入的市场回报值得期待。