氢能作为一种零碳能源，具有来源丰富、洁净环保、燃烧值高、无污染、可储运等一系列优点，被誉为21世纪最具发展潜力的二次能源。氢能利用形式广泛，氢燃料电池汽车、燃料电池叉车、燃料电池电站、通讯基站应急备用电源等氢能利用典型产品已逐步推广，这对解决世界面临的能源和环境问题具有重要意义。

氢能利用完整链条包括生产、储存、运输、应用等几方面，而决定氢能是否广泛应用的关键是安全可靠的储氢技术。车载储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、固体储氢和有机液体储氢。其中，高压储氢因具有设备结构简单、压缩氧气制备能耗低、充装和排放速度快等优点而备受重视，是目前占绝对主导地位的氢能储输方式。

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各类型储氢瓶的比较

伴随氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化，氢储运的难题正成为全世界的研究热点。储氢瓶是其中极其重要的一种储运介质，下表列举了不同储氢瓶的各项性能对比。

伴随氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化，Ⅳ型储氢气瓶因其质量轻、耐疲劳等特点正成为全世界的研究热点，日本、韩国、美国与挪威等国的Ⅳ型储氢气瓶均已量产，其余国家也有相关计划加大Ⅳ型气瓶的研究力度。

IV型储氢瓶的制造成本在3000~3500美元，主要包括：复合材料、阀门、调节器、组装检查、氢气等，其中复合材料的成本占总成本的75%以上，而氢气本身的成本只占约0.5%。储氢瓶技术的发展趋势是轻量化、高压力、高储氢密度、长寿命，相比传统的金属材料，高分子复合材料可以在保持相同耐压等级的同时，减小储罐壁厚，提高容量和氢存储效率，降低长途运输过程中的能耗成本。因此，复合材料的性能和成本是IV型储氢气瓶制备的关键。

市场对储氢瓶性能提出更高要求，70兆帕IV型瓶开始获得气瓶生产企业接力捧。但IV型储氢瓶仍处于初步推广阶段，在此过程中如何通过市场化路径降本、进一步提升IV型储氢瓶应用规模正持续考验整个行业。

随着燃料电池汽车产销量攀升、示范规模加速扩大，储氢瓶需求将大幅度增加，同时也对储氢瓶性能提出更高要求。70兆帕IV型瓶凭借安全、高储氢密度、轻量化、低成本等显著优势，开始获得气瓶生产企业接力捧。不过，当前，我国市场仍以35兆帕III型瓶为主，IV型储氢瓶仍处于初步推广阶段，在此过程中如何通过市场化路径降本、进一步提升IV型储氢瓶应用规模正持续考验整个行业。

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70MPaIV型瓶是方向，但需要突破痛点和难点

目前国内车载瓶主要采用的是35MPa的III型瓶，碳纤维的性能参数各大厂家均对标日本东丽，应用在高压气瓶领域为T700、T800以及少量的T720系列，碳纤维丝束一般为24K；使用12K碳纤维时，通过增加碳纤维股数的方法达到相同的工艺要求，成本就会相应增加。

III型瓶的20MPa、35MPa气瓶，IV型瓶的20MPa、35MPa、70MPa均使用T700级别的碳纤维。在70MPaIII型瓶，通常使用级别更高的T800、T720级别碳纤维，由于东丽的封锁只能使用韩国晓星的产品。

东丽封锁了约1年的对华出口，目前进口碳纤维以韩国晓星TH2550为主，其产品性能优越，缠绕工艺性好，使用在35MPa、70MPa压力等级较高的缠绕气瓶。国外封锁恰恰是国产碳纤维替代的良好契机，也是近年国产化替代快速增长的重要原因。原以为到2025年进口与国产持平，现在看起来，国内主要碳纤维企业都已经上市或正在准备上市，所以产能扩张很快，预计到2022年国产碳纤维与进口量就可以持平。

图1 我国碳纤维进口与国产量变化情况

目前国内氢瓶碳纤维供应商主要有中复神鹰、光威复材和中安信可以达到气瓶缠绕的要求，不过目前依然以小丝束为主，而且供不应求，T700价格基本上都在200元/kg以上，如果上到T800价格就要翻十倍。

不过，国产碳纤维还存在产品稳定性差，毛纱率高，缠绕工艺性差的问题，大多使用在20MPa的缠绕等级上，35MPa的压力等级也有使用，但在70MPa等级使用较少。且除中复神鹰外，其余品牌的国产碳纤维产量较低，可使用的厂家不多。

III型瓶和IV型瓶的差异在内胆材料的工艺和性能上。中集安瑞科的工程师于海泉说：“从产品结构来看，同样压力的III型瓶和IV型瓶材料成本差别不大，主要成本差异在工艺上，因为IV型瓶塑料内胆不需要热处理，且成型更加容易，所以比铝制内胆的成本更低。问题是，国内IV型瓶需要解决材料耐疲劳性和温度适应性的难点和痛点。解决这些问题就需要摊销成本，所以目前价格比较高。”

70MPa与35PMa的成本差异在阀门上，于海泉说，虽然三个70MPaIV型瓶的阀门成本达不到20万，但目前也有差不多10万左右，这也是非常高的成本，因为70MPa的储氢瓶要求阀门承受的压力更大，集成度更高，所以现在的阀门成本包括了研发费用，研发阶段没有规模，因此阀门的成本很高，未来规模化生产成本有很大的下降空间。

于海泉说，目前国内IV型瓶开发之所以难是因为一些企业操之过急，总希望产品的储氢密度能够达到极致，超越世界先进水平，但研发是需要有积累的，储氢密度的提升、塑料内胆对高温、低温的适应性都是研究IV型瓶需要解决的痛点，这也成为研发阶段的成本。

因为气瓶没有补贴，所以，市场就需要承担这一部分研发费用，从已经比较成熟的产品来看，即使现在还没有规模，成熟产品的价格也不算太贵，国富氢能招股说明书显示，公司2019年-2021年气瓶平均价格分别为8.84万元/套，12.43万元/套、13.78万元/套，只是，因为近几年销量没有突破，同一规格的产品价格也没有下降。

表1 国富氢能储氢瓶价格

如果采用70MPaIV型瓶，短期内因为研发费用成本上升，但长期来看，IV型瓶成本低于III型瓶。

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企业加速布局

随着《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》的落地，氢能产业将进入技术和产业化的快速发展期，作为关键储运设备，储氢瓶迎来新的发展机遇。国联证券分析认为，车载高压储氢瓶是目前众多储氢承压设备中，技术相对成熟且已具备商业化程度的一种储氢设备，未来10年内将迎来快速发展期。

今年以来，在政策激励及市场需求提升背景下，气瓶企业在储氢瓶产能建设和市场扩展方面持续加码，中材科技、中集、致远新能等国内企业均加速建设储氢瓶产线。

其中，中材科技已成功开发并掌握了氢气瓶国产碳纤维应用技术，氢气瓶产能为7万只/年，目前年产2万只氢气瓶缠绕项目、年产1500只站用储氢气瓶在建中，且正在进行III型瓶技改升级、IV型瓶项目研发。今年3月，中集集团与合斯康成立合资公司，针对中国及东南亚快速增长的高压氢气储运市场需求，提供储运解决方案，并加紧建设车载储氢IV型瓶及供氢系统生产线。

巨大的市场前景也吸引了外资布局。今年8月，上海市嘉定区安亭镇与彼欧新能源（上海）有限公司签约，将在嘉定氢能港建设首个世界级规模的超级工厂，专门用于生产IV型高压储氢瓶，将于2025年开始运营。

此外，天海工业、中集安瑞科、山东奥扬新能源科技股份有限公司等也陆续开始建设IV型瓶生产线，部分企业已将IV型瓶作为业务重点。

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性能优势更符合产业需求

浙江大学建筑工程学院教授白勇表示，自2020年起，我国储氢瓶市场开始受到更多关注。相比于之前的I型和II型储氢瓶，III型、IV型储氢瓶采用碳纤维全缠绕的方式加强罐体，具备轻量化特点，实现了高压气态储氢由固定式应用向车载储氢应用的转变。

国联证券分析指出，目前我国车载储氢方式大多为35兆帕碳纤维缠绕III型瓶，70兆帕碳纤维缠绕III型瓶也已少量用于国产汽车中。据统计，2021年，70兆帕储氢瓶出货量为1203只，占比仅为4%，但目前70兆帕车载储氢瓶出货多属于项目型，短期较难有大规模市场增长。

“III型瓶重容比偏大，生产成本高，且70兆帕压力下更容易发生氢脆。相比之下，Ⅳ型储氢瓶优势明显，更符合未来氢能产业发展要求。”白勇表示，与III型瓶相比，IV型瓶优势更显著。首先，IV型瓶采用非金属内胆，能够抗氢脆腐蚀，相对金属内胆的III型瓶也更具安全优势；其次，在相同容积和压力条件下，IV型储氢瓶储氢密度高于III型瓶，重量却更轻；第三，IV型储氢瓶制造成本更低，而且由于其内胆为塑料，不易疲劳失效，使用寿命也更长，进一步降低了消费成本。

此外，氢能重卡对燃料电池在高续航里程、低成本及轻量化方面要求较高，与IV型瓶的特点相契合。同时，氢燃料电池乘用车由于空间有限，对储氢瓶的重量及储氢密度等有较高要求，IV型储氢瓶更符合乘用车需求。

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仍需补齐短板

不过，也有业内人士指出，当前，我国IV型储氢瓶仍存在几个关键技术难点，如金属瓶口与塑料内胆两种不同属性材料的密封及密封材料的选择、碳纤维缠绕过程中如何保证内胆不变形、如何精准检测氢气泄漏等。

技术难题将直接导致成本攀升。国联证券援引业内测算指出，对于储氢质量均为5.6公斤的35兆帕、70兆帕高压储氢III型、IV型瓶来说，碳纤维复合材料成本均占总成本的70%左右。此外，当III型及IV型瓶储氢压力增至70兆帕时，碳纤维复合材料应用成本及比例将大幅提升，因此降低碳纤维应用成本是储氢瓶降本的关键。

对此，中材科技（苏州）副总经理袁卓伟公开表示，储氢瓶厂商除了关注碳纤维的基本设计、保证值、强度、模量之外，也要关注碳纤维之间的界面性能。在缠绕工艺方面，纤维塑料在机械性能上有差异，工艺处理需要进行相应的匹配与改善。

此外，白勇还指出，法规、标准体系不健全也极大阻碍了国内IV型储氢瓶的推广应用。目前，行业内已有《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》团体标准，但关于产品及技术检测等诸多环节都缺乏具体、统一的标准。“事实上，储氢瓶除应用在汽车领域，在船舶、管道、无人机等领域都拥有广阔的应用前景。因此，行业应持续完善法规、标准体系建设，为IV型储氢瓶推广应用提供支撑。”

文章来源： 中国能源报，洁清能源，佛山新能源