Voith Composites公司是德国一家汽车零部件制造商，且专注于自动化和复合材料4.0工艺。近日，由该公司生产的IV型700bar高压储氢瓶-Carbon4 Tank成功获得了道路使用批准，该储罐的容量为350升，并准备应用于重型卡车和其他商用车。

“黑色黄金”碳纤维具备低密度、高强高模、耐高温等特性，同时拥有高导热性、耐腐蚀、低热膨胀系数等功能性优势，因此成为航空航天、压力容器、风电叶片、交通运输、3C电子等领域的理想材料。氢能，资源丰富、低碳环保、燃烧值高，是21世纪最具发展潜力的绿色能源之一。在“双碳”政策驱动下，绿色氢能正在成为全球能源转型发展的重要载体，作为氢储运的关键装备，储氢瓶市场规模不断扩大，国内外碳纤维龙头企业纷纷竞逐氢储运蓝海，布局压力容器应用市场，碳纤维在该领域的需求加速上升。

碳纤维在储氢瓶中的应用

随着世界的不断发展，人们对能源的需求不断增长。环境污染和能源危机已成为困扰人类发展的问题，因此有必要寻求可再生能源。目前，国内外都特别关注氢能的研究。氢能是一种清洁能源，易于获得，燃烧能效高，无污染。由于氢能的高效和无污染，被列为21世纪具有发展潜力的清洁能源。氢能的使用包括生产、储存、运输和应用。决定氢能应用的关键是安全高效的氢能储存和运输技术。让我们来看看碳纤维复合材料在氢储罐中的应用。

氢储罐有几十年的发展历史，刚开始是钢制的，后来开始向碳纤维复合储氢罐转变。复合储氢瓶由内到外包括衬里材料、过渡层、纤维缠绕层、外保护层、缓冲层。氢储罐充气周期可能较长，氢在高压下渗透性强，因此氢储罐衬里材料应具有良好的屏障功能，以确保大部分气体储存在容器中。因此，由于与氢的良好相容性和耐腐蚀性，铝合金材料的低密度和高比强度可以使气瓶更轻，铝合金材料也具有良好的导热性能，在事故燃烧时将热量传递到阀门熔融合金塞，在高热条件下熔化安全泄压，防止爆炸。

储氢瓶用碳纤维市场

2022年全球碳纤维市场规模达到43.86亿美元，同比增长29.0%，全球碳纤维需求为13.5万吨，相比2021的11.8万吨增长14.4%。在“双碳”政策驱动下，压力容器市场增长迅速，2022年全球压力容器需求达到1.48万吨，较去年增长34.5%，细分市场中占比11.0%，预计到2030年，全球压力容器需求将超过8万吨，增长趋势强劲。

2022年3月，东丽2023-2025年中期管理计划项目AP-G 2025发布，公司明确将进一步加强氢能领域（如高压储气瓶、碳纸等）用碳纤维业务，持续扩大碳纤维及其复合材料业务板块的投资并提高其预期营收。据东丽预测：2022-2025年压力容器用碳纤维需求量年复合增长率将达到42%，2025年该领域碳纤维需求量突破2万吨。

去年，中国气瓶碳纤维用量约0.6万吨，其中储氢瓶占比接近一半，未来压力容器用碳纤维的增长点也将出现在储氢瓶市场。随着国家大力推动氢燃料电池和汽车的发展，储氢瓶领域潜力巨大，碳纤维在该领域的需求加速上涨。根据中汽协数据和德邦证券测算：截止到2022年底我国氢燃料电池车保有量约为1.23万辆，根据规划2025年目标达到5万辆，年复合增长率接近60%。2025年，若储氢气瓶碳纤维需求量占比增至50%，则碳纤维需求量有望达1.27万吨。

T700型碳纤维缠绕IV型储氢瓶成功获得道路使用认证

在欧洲，氢气（H2）罐若要在道路上使用，就必须根据联合国欧洲经济委员会（UNECE R 134）法规获得型式认证。Voith 公司表示，随着该款储氢瓶顺利通过道路使用批准，这成为了朝着引入氢能经济和交通部门脱碳迈出的重要一步。

Voith Composites公司首席执行官Anna Pointner表示：“重型卡车需要更大的储罐，里面有更多的氢气，这在技术上极具挑战性。我们看到了自己的优势与市场需求之间的契合，了解到大规模的汽车工艺和复杂的复合材料工艺，这与只生产一个储氢罐截然不同。”

在Carbon4 Tank的开发过程中，从一开始就使用和设置了创新的材料和工艺，以保证汽车质量和大批量生产。为了开发重卡用储罐，三年前Voith便开始研发即插即用（Plug & Drive）H2存储系统，该系统是一个从储罐喷嘴到燃料电池入口的完整系统。Voith Composites公司提供的储氢罐由T700碳纤维复合材料制成，T700是一种高抗拉强度、标准模量的碳纤维；树脂则选用了Huntsman为Voith的纤维预浸缠绕工艺开发的特种环氧树脂基体。

在这个工艺的早期阶段，将纤维和树脂结合在一起制成丝束，然后将它们放入胶带中，缠绕在箱槽上。这使工人能够控制纤维和树脂的协同工作方式。最终，需要更少的材料来获得相同的性能。

与此同时，Voith Composites还专注于可持续发展，尤其是在汽车制造商面临越来越大的压力，要求其零部件采用回收和可持续发展解决方案的情况下。因此，在过去的一年里，Voith Composites一直专注于开拓创新技术和合作伙伴关系，以使其高压碳纤维储罐在其15年寿命结束时能够回收，以及使用由此产生的回收碳纤维制造新汽车部件的解决方案。Voith Composites及其合作伙伴，包括日本东丽、德国特诺沃和意大利德尔塔普雷格公司，正在研究两种不同的回收工艺，一种用于回收制造废料，另一种用于储氢罐等报废（end-of-life，EOL）零件。

文章来源： 氢能源与燃料电池，钱鑫博士，碳材料科技