《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。
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01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。
02万亿氢能赛道——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。
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。