氢能来源广泛、应用场景丰富，可实现电网、热网、油气网之间的联通耦合，是未来二次能源体系中电能的重要补充。绿色氢能的开发与利用已成为全球应对气候变化的重要途径和能源变革的关键方向。
近日，《应用材料与界面》杂志发表了科学家模拟储氢反应来分析氢化减缓原因，从而提出改进储氢性能的建议。可以预见的是，氢能的战略地位和经济合理性，与可再生能源转型中的大规模长周期能量储存和多元化终端利用需求密不可分。
氢能储运突破的关键——储氢瓶
储运，对于氢能产业的规模化发展有着直接影响作用。理想的状态下，通过成熟的管道输氢系统，能够实现大规模的绿氢运输。目前，我国管道输氢系统建设还尚处于起步阶段，在现有的天然气管网系统中混入氢气是初期管道输氢的主要探索方向。
在储氢这条细分产业链当中，有一个环节最为关键——储氢瓶的应用。可以说，储氢瓶上连氢气制造，中承氢气存储，下接氢气应用。作为储存氢气的容器，它应用于各种使用氢气的场景。
目前已商业化的高压储氢气瓶分为四种：I型、II型、III型及IV型。I型瓶：外壳和内胆都是钢，1.2-1.5kg/升;II型瓶：用玻璃纤维包箍钢包，0.7-1.4kg/升;III型瓶：全碳纤维包金属胆，0.3-0.4kg/升;IV型瓶：玻璃纤维/碳纤维全部包装，0.25-0.35kg/升。
万亿氢能赛道——储氢瓶市场空前火热
据GGII调研数据显示：2021年中国市场车载储氢瓶出货量为30284支，同比上年增长122.43%。受到氢能重卡等领域的需求推动，未来我国很可能成为全球最大的车载储氢瓶市场。根据测算，在2021年至2050年期间，我国储氢瓶市场规模有望达到3234亿元。
众所周知，氢气是一种易燃易爆的气体，且原子直径很小，在金属材料中很有可能会出现渗透，或者让金属变质，产生氢脆现象，造成燃烧爆炸等安全隐患。当前，我国高压储氢瓶逐渐由全金属气瓶(I型瓶)发展到非金属内胆纤维全缠绕气瓶(IV型型瓶)。Ⅲ型瓶和IV型型瓶是纤维复合材料缠绕制造的气瓶，其主要由内胆和碳纤维缠绕层组成，纤维缠绕复合气瓶作为高科技的产品之一，具有工作压力高、重量轻、安全可靠性好的特点。
▲图： 储氢瓶发展(图源网络)
IV型瓶内胆为高分子材料，除了可以避免氢脆问题之外，还能满足轻量化需求，因此塑料内胆的IV型瓶也成为了储氢瓶研发的下一个聚焦方向。
储氢瓶内胆材料是氢气阻隔安全性保障的关键，下表对比了不同高分子材料的气体渗透率。可以看到，EVOH共聚物对氧气、水蒸气、二氧化碳三种气体的阻隔性都远远超出其它聚合物材料。
▲图： 不同聚合物薄膜的气体渗透率比较
值得一提的是，我国1.2万吨/年EVOH树脂项目正在规划中，这意味着EVOH国产化也将有望快速实现，填补需求空白。
制造应用协同 —— 筑牢安全红线
在相当长的时间里，天然气和工业气体的储运都是钢瓶，其特点是瓶子重量大，但一旦气体压力超过钢瓶的承受力就会引发爆炸。而以炭纤维为结构的储氢瓶的规模应用，将有效避免氢气爆炸发生。
从储氢瓶的制造角度来讲，安全性有两个指数，第一个是爆破压力，第二是个疲劳次数。爆破压力指数中Ⅲ型瓶和IV型瓶有明显差异，Ⅲ型瓶需要做到3到4倍，如果达不到，疲劳次数就过不去，而IV型瓶要达到2.5倍。
以燃料电池车为例：在储氢瓶使用过程中，当储氢瓶的温度超过报警温度时，氢系统控制器会发出控制信号立即关闭电磁阀，并将报警信号发送给整车控制系统和燃料电池控制系统，随后在仪表上提示驾驶员，同时使用声音提醒驾驶员采取紧急安全措施。
在生产和使用过程中，氢安全始终是一条红线。而在氢瓶使用过程中，容易发生氢气泄漏，因而定期对于储氢瓶进行安全检测就显得尤为重要。随着储氢瓶生产技术的提升，相关的安全性的将得到大幅提升。以IV型瓶为例，具有抗腐蚀、抗氢脆、防泄漏、轻量化等特点，可以大大提高氢气储存的安全性，储氢密度更高。未来，随着储氢材料和储氢技术的突破，储氢瓶这一细分行业必将迎来蓬勃发展，必然也将促进绿氢产业的规模化发展。
责任编辑：周末
