一、車載儲氫瓶種類及發(fā)展趨勢
目前車載儲氫瓶主要有以下種類：
I 型：全金屬結構，通常為鋼。
II型：主要是金屬，在環(huán)向方向有一些纖維外包裹，主要是鋼或鋁，玻璃纖維復合材料；金屬容器和復合材料共享大約相等的結構載荷。
III 型：帶有全復合材料外包裝的金屬內(nèi)襯，通常為鋁，帶有碳纖維復合材料；復合材料承受結構載荷。
IV 型：全復合結構，聚合物——通常是聚酰胺 (PA) 或高密度聚乙烯 (HDPE) 襯里，帶有碳纖維或混合碳/玻璃纖維復合材料；復合材料承載所有結構載荷。
V 型：無襯里，全復合結構，目前尚處于研發(fā)中。
五種不同的儲氫瓶
伴隨氫燃料電池和電動汽車的迅速發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化，氫儲運的難題正成為全世界的研究熱點。儲氫瓶是其中極其重要的一種儲運介質(zhì)，下表列舉了不同儲氫瓶的各項性能對比。
來源：北京氫燃料電池發(fā)動機工程技術研究中心
就當下而言，Ⅳ型儲氫氣瓶因其質(zhì)量輕、耐疲勞等特點正成為全世界的研究熱點，也是氫燃料電池乘用車儲能裝備的未來趨勢。日本、韓國、美國與挪威等國的 Ⅳ型儲氫氣瓶均已量產(chǎn)，其余國家也有相關計劃加大Ⅳ型氣瓶的研究力度。
二、Ⅳ型儲氫瓶結構及材料
IV型儲氫瓶的結構主要包括以下部分：
內(nèi)膽：瓶壁總厚度約為20~30mm，最內(nèi)層與氫氣直接接觸的是阻氣層，厚度約為2~3mm，材料是PA6、PA612、PA11、HDPE等，起阻隔氫氣的作用；
中間層：是比較厚的耐壓層，材料是CFRP碳纖維增強復合材料，由碳纖維和環(huán)氧樹脂構成，在保證耐壓等級的前提下，盡量減小該層厚度以提高儲氫效率；
表層：厚度約為2~3mm，材料是GFRP玻纖增強復合材料，由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂構成。
IV型瓶結構
IV型瓶內(nèi)膽多采用尼龍6、高密度聚乙烯（HDPE）以及PET聚酯塑料等，對應的成型工藝主要為注塑、吹塑和滾塑成型。豐田、現(xiàn)代已量產(chǎn)的IV型瓶均為注塑+焊接工藝，該種成型方式成本低、運用較廣泛、但良品率也較低，且必須配合后續(xù)的焊接工序。
三、IV型儲氫瓶內(nèi)膽尼龍材料及相關廠商
內(nèi)膽是儲氫氣瓶的核心部件，起到阻隔氫氣的作用，其對材料的性能要求有：耐氫氣滲透性、耐熱性、良好的低溫力學性能、良好的加工性能等等，目前多數(shù)是采用尼龍材料，比如PA6、PA612、PA11等。
1. 宇部興產(chǎn)：PA6
作為 UBE NYLON ? 1218IU 商業(yè)銷售的尼龍 6 樹脂由豐田汽車和 Ube Industries 共同開發(fā)，用作燃料電池汽車高壓氫氣罐的塑料襯里材料。自 2014 年首次亮相以來，Ube Industries 一直為 豐田燃料電池車 MIRAI 中的應用提供 UBE NYLON ? 1218IU。
UBE NYLON ? 1218IU 滿足嚴格的標準，被批準為 MIRAI 高壓氫氣罐的塑料內(nèi)襯材料。作為儲罐最里面的部件，塑料內(nèi)膽可防止氫氣從儲罐中泄漏出來。
尼龍 6 樹脂在防止氫氣滲透方面具有卓越的性能，并具有出色的機械性能，包括耐充填和排放氫氣時儲罐溫度突然變化的耐久性以及低溫環(huán)境下的抗沖擊性。
2. 帝斯曼：PA6
帝斯曼于10年前推出了Akulon® Fuel Lock，以響應對用于車輛和戶外設備的可持續(xù)材料迅速增長的需求。先進的PA6非常適合生產(chǎn)比鋼替代品輕70%的IV型儲氫瓶（第三屆全國釩鈦資源與儲能科技大會），并在整個零件生命周期內(nèi)提供出色的機械強度、尺寸穩(wěn)定性和抗沖擊性。Akulon® Fuel Lock油箱內(nèi)膽提供出色的阻隔性能，減少氫氣從壓力容器中滲透泄漏，從而提高車輛安全性和燃油效率。
由于其獨特的化學結構，與HDPE和PA11相比，Akulon® Fuel Lock具有卓越的性能。該材料在加熱到85°C時比HDPE具有更高的安全裕度，并且超過了廣泛使用的熱穩(wěn)定性安全標準。在-40°C環(huán)境中進行的快速加注測試驗證了Akulon® Fuel Lock在低溫條件下表現(xiàn)良好。
3. 杜邦：PA6、PA612
杜邦為燃料電池汽車提供一站式解決方案，涵蓋電機和電控、高壓電池包、燃料電堆、氫罐等各子系統(tǒng)的材料選擇、設計與仿真及零部件測試等。杜邦的 Zytel® PA6和Zytel® LCPA PA612可應用于 IV型儲氫瓶內(nèi)膽，具有以下特性：低氫氣滲透率；-40 °C低溫下高韌性；吹塑成型或者注塑加焊接方式成型；80°C下強度高于20Mpa；無有害揮發(fā)物。
4. 阿科瑪：PA11
氣瓶內(nèi)膽是保障FCEV汽車儲氫安全（第三屆全國釩鈦資源與儲能科技大會）的關鍵部件。Rilsan® PA11 優(yōu)異的物理性能即使在低溫條件下仍能保持，使其成為氫氣阻隔層的理想材料。
氫氣罐工作過程中，內(nèi)部壓力會產(chǎn)生巨大的變化，Rilsan® PA11 被證明可以在充壓和泄壓等壓力快速變化過程中，避免材料產(chǎn)生裂紋和起泡。此外，Rilsan® PA11 重量極輕，非常適合一直急需輕量化的電動汽車制造商。
Rilsan® PA11 的另一個關鍵優(yōu)勢是易于加工。無論是滾塑、擠出吹塑、注塑和焊接，還是擠出，都有對應的解決方案。同時還提供Rilsan® PA11 粉末涂料用于相關金屬的粘結和保護。這種高性能聚酰胺不僅可用于車載儲氫罐，還可用于加氫站等氫氣供應基礎設施。
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