科普 | 什么是高压气态储氢？

氢能源全产业链包括生产、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。

氢气储运是连接氢气生产端和需求端的关键桥梁，氢储运技术的发展水平直接影响着整个行业的进步。

在氢能的广泛应用中，高压气态储氢技术扮演着至关重要的角色，尤其是在燃料电池汽车领域，其地位更是举足轻重。

那么什么是高压气态储氢？

高压气态储氢有哪几种类型？

高压气态储氢发展到现在到了什么阶段？

氢能汇（微信公众号：h2-2005）下面为您详细介绍一下。

高压气态储氢定义与历史

高压气态储氢是指在高压条件下压缩氢气，将压缩后的高密度氢气存储于耐高压容器中，从而实现氢气的有效储存和按需释放。

在最初发展期，高压气态储氢技术的历史可以追溯到20世纪中叶。随着对氢能研究的深入，科学家们发现，通过高压压缩的方式，可以在常温常压下存储气态的氢气。这种储氢方法因其设备结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快、温度适应范围广等优点，逐渐成为最常用、最成熟的储氢技术。

技术成熟期在20世纪末至21世纪初，高压气态储氢技术得到了快速发展，并在燃料电池汽车上得到广泛应用。在这个时期，各国政府和企业加大对氢能领域的研发和支持力度，推动了高压气态储氢技术的进步和商业化应用。

高压气态储氢工作原理

高压气态储氢技术是一种高效的氢气储存与运输方式，其工作原理在于通过压缩机将氢气压缩至高压状态，以便安全地存储在容器中。这一过程既可以直接进行高压一次性压缩，也可以采用分步压缩策略，根据实际需求灵活调整。

在高压气态储氢整个过程中，压缩机占重要的位置，目前压缩机可分为两种，其结构和工作原理具体如下：

1）压缩机

隔膜式压缩机是高压气态储氢中常用的一种类型，它利用隔膜的往复运动来压缩气体。在氢气压缩过程中，压缩机需具备高功率输出和高效的冷却系统。高功率确保了足够的压缩能力，而高效的冷却系统则负责及时移除压缩过程中产生的大量热量，防止设备过热及氢气性质的变化。对于分步压缩策略，虽然初始压力较低，但精确的控制和监测系统至关重要，以确保整个压缩过程的稳定性和安全性。

液驱压缩机是一种利用液压油作为驱动介质的压缩机，其主要工作原理是通过液压泵提供液压油，将液体压力转化为机械能，从而驱动压缩机内部的活塞进行往复运动。这种压缩机主要分为单级压缩和双级压缩，其工作过程包括气体的吸入和压缩并排出。

2）设计与制造

先进的压缩机设计采用高性能材料和精密制造工艺，以提高运行效率和可靠性。这些材料能够承受高压、高温及氢气特有的化学环境，确保压缩机的长期稳定运行。同时，冷却系统的优化也是提升压缩机性能的关键因素之一。

3）监测与控制系统

在压缩和增压过程中，一系列传感器和控制系统被用于实时监测关键参数，如压力、温度和流量。这些数据不仅为操作人员提供了系统的即时状态反馈，还为实现压缩过程的优化和能源利用效率的提升提供了数据支持。通过智能控制算法，系统能自动调整压缩机的工作状态，以适应不同的储氢需求。

4）储氢容器设计

储氢容器作为氢气的最终存储单元，其设计需充分考虑高压环境下的安全性、稳定性和耐久性。容器通常采用高强度金属材料或复合材料制成，这些材料具有优异的承压能力和良好的密封性能，能够有效防止氢气泄漏。此外，储氢容器还需经过严格的压力测试和安全评估，以确保其在各种工况下的安全可靠。

高压气态储氢装备类型

高压气态储氢技术通常采用储氢气罐作为容器，高压气态储氢的制备、运输、加氢站储存及车载等多个环节均需要使用储氢瓶。目前，储氢瓶可分为I～V型五种类型：

I型瓶（钢或者铝合金瓶，无纤维缠绕）；II型瓶（钢瓶，部分包裹缠纤维）；III型瓶（铝或铝合金内胆，缠纤维）;IV型瓶（复合塑料内胆，缠纤维）;V型瓶（无内胆纤维全缠绕瓶）

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。

Ⅳ型储氢瓶的结构主要包括以下部分：

（1）内胆：瓶壁最内层与氢气直接接触的是阻气层，厚度约为2~3mm，材料是PA6、PA612、PA11、HDPE等，起阻隔氢气的作用。

（2）中间层：也称耐压层，是CFRP碳纤维增强复合材料，由碳纤维和环氧树脂构成，在保证耐压等级的前提下，尽量减小该层厚度以提高储氢效率。

（3）表层：表层是保护层，厚度约为2~3mm，材料是GFRP玻纤增强复合材料，由玻璃纤维和环氧树脂构成。

储氢瓶合格指标

了解了高压储氢装备的类型，对于高压储氢瓶的合格指标，国家也有相关政策规定。2023年发布的标准GB/T 42612-2023《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》规定了高压储氢瓶的各项型式试验的要求及合格指标，该标准于2024年6月1日正式实施。

该标准明确了车用压缩氢气塑料内胆碳纤维缠绕气瓶的设计、制造、测试、检验及储运等全方位要求，为行业提供了详尽技术规范，促进了储氢瓶标准体系的完善，对氢能技术及产业的快速发展具有重要推动作用。

车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶试验方法及合格指标图源：特嗨氢能检测图片

高压气态储氢优点

高压气态储氢作为一种常见的储氢方式，具有多方面的优势，这些优势使得它成为了燃料电池汽车和其它氢能应用中的一个重要选项。以下是其主要的优点：

1、 较高的储氢密度尽管高压气态储氢的质量体积密度相比其他储氢方法较小，但它可以通过提高压力来增加单位体积的氢气密度，从而提高储氢效率。

2、较快的充放氢速度高压气态储氢具有较快的充放氢速度，这意味着它可以快速地补充氢气，这对于燃料电池汽车的日常使用非常有利。

3、 较低的能耗与液态储氢相比，高压气态储氢的能耗较低，因为它不需要将氢气冷却到极低的温度，这在一定程度上降低了能源消耗和运行成本。

4、 较广的温度适应性高压气态储氢能够在常温下工作，甚至在零下几十度的低温环境下也能正常运行，这使得它在各种气候条件下都能稳定地发挥作用。

5、较少受工作环境影响与其他储氢方式相比，高压气态储氢受工作环境的影响较小，这使得它更适合在不同的应用场景中使用。

高压气态储氢仍存在的问题

高压储氢技术虽然具有一些优势，但在实际应用中仍面临一些主要问题：

1、储氢效率问题：高压储氢的质量体积密度相对较低，这意味着在相同体积下，氢气的质量较少，这限制了其在需要大量氢气的应用中的使用效率。

2、安全性问题：由于氢气的爆炸极限较高，高压储氢系统需要严格的安全措施来防止氢气泄漏和爆炸的风险。此外，高压环境可能导致储氢容器的金属发生化学反应，即所谓的“氢脆”现象，这增加了系统的安全性风险。

3、存储密度和成本问题：为了提高氢气的体积能量密度，通常需要降低压力，但这会导致存储密度的提升存在边际递减的趋势，并且成本会大幅增大。例如，从35MPa的压力升级到70MPa，存储系统的容量虽然可以增加，但成本也会显著增加。

4、技术和监管要求：高压储氢技术对储氢瓶的材料和制造工艺有较高要求，这增加了生产成本。此外，储氢瓶需要定期进行自检和第三方检验，以确保其安全性和可靠性，这增加了维护成本和复杂性。

高压气态储氢应用前景

高压气态储氢作为一种高效的氢能储运方式，其应用场景主要集中在加氢站、氢能运氢车、氢燃料电池车以及应急电源、备用电源和氢储能等方面。

固定式储氢罐：目前，固定式储氢罐主要用于加氢站、制氢站。根据近期各省市出台的氢能规划政策，固定式储氢罐市场需求较大，但竞争对手较少，市场前景广阔。根据氢气加注压力，加氢站分为35MPa和70MPa两类。我国绝大多数在用或在建的是35MPa加氢站。为了适应燃料电池汽车供氢系统压力逐渐从35MPa增加到70MPa的需求，加氢站的加注压力提高到70MPa已到了十分紧迫的地步。随着氢能产业发展，加氢站、制氢站的建设增多，储罐需求也将增加，高压、高容量的储罐需求将逐步释放。

车载储氢气瓶：在高压储氢技术中，目前最为成熟且成本较低的技术是钢制氢瓶和钢制压力容器，但是钢制氢气瓶由于较高的重量，不适宜汽车用，因此车用高压储氢瓶的国际主流技术通过以铝合金/燃料作为内胆，外层则用碳纤维进行包覆（即所谓的Ⅲ型、Ⅳ型瓶），提升氢瓶的结构强度并尽可能减轻整体质量。国内车载储氢气瓶的企业较多，特别是Ⅲ型。随着氢燃料车的发展，车载储氢瓶是竞争最大的领域。

管束集装箱：现阶段，我国普遍采用20MPa气态高压储氢与管束集装箱运输的方式。在加氢站日需求量500kg以下，运输距离在200公里以内经济性较高。

高压气态储氢技术作为氢能产业链中的核心环节，其应用领域正不断拓展，不仅应用于氢能源汽车领域，还将逐渐拓展到电力、工业等领域，以满足日益多样化的能源需求。

高压气态储氢相关企业

高压气态储氢应用广泛，在氢能产业链中，储运环节的成本占据了相当大的比重，氢气储运成本的高低直接影响到氢能应用的经济性和普及度。因此，降低氢气储运成本成为了行业内的共识和努力方向。目前国内已有很多企业通过技术创新、优化布局和政策支持等措施，降低氢气的储运成本，具体如下：

中集氢能

中集氢能科技有限公司是中集安瑞科旗下专门承接国内外氢能业务的发展平台，战略聚焦交通、氢电、氢气三大领域。致力于成为氢能领域行业领先的科技型企业，推动能源革命，创造绿色清洁的世界。

年10月，中集氢能发布了最新研发的国内首个 450L Ⅲ型超大容积车载储氢瓶，作为国内首个450L Ⅲ型超大容积车载储氢瓶，该产品采用先进的高强度纤维复合材料及领先的缠绕工艺制造，具有轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，能够大幅提升氢燃料电池汽车的续航里程和运输效率。

兰石重装

兰石重装由兰石集团控股，公司在氢能源领域主要产品为加氢反应器等用氢装备、煤气化制氢装备、储氢用球罐设备等，致力于研发超高压储氢装备（45Mpa/75Mpa）、高压气固组合储氢容器、POX造气制氢装置废热锅炉等。

去年，兰石重装自主研制的98兆帕、50兆帕高压气态储氢容器已成功商用，具备高、中、低压各类气态储氢容器及中、低压气态储氢球罐研发和制造能力。

中材科技

中材科技是国内较早布局储氢瓶业务的公司，从2008年就开始从事高压储氢气瓶设计，中材科技率先研发完成国内最大容积320L燃料电池氢气瓶，并投入市场形成销量；开发取证燃料电池车用及无人机用35MPa氢气瓶20余种规格；成功掌握70MPa铝内胆碳纤维复合氢气瓶关键技术；启动投资氢气瓶生产线技改项目及站用储氢容器生产线项目。中材科技（苏州）拥有成都、苏州、九江三个生产基地。

中材科技（苏州）有限公司以提升新质生产力为出发点，紧密围绕气瓶产业赛道，从工艺创新、材料升级、技术突破三个方面入手，不断引领创新步伐，实现新领域产品技术不断攻关突破。2024年11月，苏州有限全新研发的70MPa容积210L-IV型储氢气瓶产品搭载知名车企新款重卡车型，成功上路试跑，为氢能重卡市场交出更高效、更安全、更经济的储能方案。

国富氢能

江苏国富氢能技术装备股份有限公司（以下简称“国富氢能”）成立于2016年6月。国富氢能研发及制造全产业链的氢能核心设备，用于氢能的“制、储、运、加、用”，致力于成为全球氢能核心装备供应链的中心。

目前，国富氢能已有500～1500L大容积车载液氢气瓶系列产品，产品被广泛应用于绿色交通领域，曾为国内首台大功率氢能源调车机车“氢龙一号”提供国内最大储氢能力的供氢系统，在确保国内市场领先的同时，国富氢能正在中东、东南亚等多个国家和地区进行产业布局。

未势能源

未势能源公司成立于2019年，主要从事氢能与燃料电池产品研发、生产及销售，是长城汽车在氢能源板块的重要主体。公司主要产品涵盖燃料电池发动机、35MPa/70MPa车载氢系统、瓶阀及减压阀等，已实现全氢能产业链核心技术布局，并联合产业内优质伙伴企业，赋能上下游，共同打造商业化场景应用，构建“制—储—运—加—应用”一体化产业链生态。

2023年初，未势能源自主研发的第二代70MPa-57L Ⅳ型储氢瓶取得突破性进展，质量储氢密度达到6.1wt%，超过美国能源部（DOE）设定的2025年质量储氢密度目标值5.5wt%，且优于当前国际市场主流品牌同类产品指标，达到世界领先水平，主要适用于氢燃料电池乘用车型车载储氢系统。

天海工业

天海工业是北京京城机电股份有限公司所属的主要骨干企业，成立于1992年，拥有无缝气瓶、缠绕气瓶、车用LNG气瓶、CNG气瓶、储氢气瓶、低温贮罐、加气站等多方位的气体储运装备技术能力。

近日，北京京城机电控股有限责任公司所属天海工业自主研发的车载液氢瓶在北京航天试验技术研究所顺利通过了液氢介质下的低温性能测试及安全性试验。这是国内首次进行的全套液氢介质试验，试验的圆满成功有力验证了车载液氢瓶的设计、试验方案及试验装置的可靠性，为液氢储存系统的安全性能及低温性能评估积累了真实有效的数据。

丰辰氢能

丰辰氢能（广州）科技有限公司成立于2017年3月，公司主要专注于引进全球最先进的氢能领域技术并服务于中国快速成长的氢能市场。丰辰氢能是美国STEELHEADCOMPOSITES公司在中国的唯一合作伙伴，双方将组建合资公司开拓中国市场。美国STEELHEADCOMPOSITES是全球少数掌握四型储氢瓶核心技术的公司，其在产品设计和生产工艺方面有大量的知识产权。

奥扬科技

山东奥扬新能源科技股份有限公司成立于2011年6月。公司研发中心位于浙江杭州，产业基地设在山东省诸城市，作为国家高新技术企业，公司聚焦新能源装备制造领域，围绕天然气跟氢气两条能源主线，主营汽车供气装备系统、能源储运装备系统、制氢加氢集成装备系统。

奥扬科技在2017年布局氢能，完成55-385L 多种规格III型氢气瓶开发，调研IV型瓶产业布局；2018年通过海外E-Mark认证，开始布局IV型储氢瓶的研发；2019年取得1350L系列大容积气瓶国家生产资质，取得纤维缠绕气瓶（B3）压力容器制造许可，氢燃料电池项目入选省重点，通过海外ASME认证；2014年开始布局高压Ⅳ型瓶储氢瓶自动化生产线项目。

海控复材

海控复合材料科技有限公司成立于2017年12月，公司历时六年研发“非金属内胆纤维全缠绕复合材料特种压力容器”，成功完成复合材料气瓶密封及结构设计体系化研究，完成了复合材料气瓶工艺技术制备，研制了全套复合材料气瓶智能制造生产线，以及全套复合材料压力容器试验检测装备，在复合材料装备制造领域成为全球有能力提供全套Ⅳ型气瓶自动化生产线的三家企业之一。

亚普股份

亚普汽车部件股份有限公司专注于汽车储能系统产品的研发、制造、销售和服务，主要产品为传统汽车燃油系统、尿素存储供给系统、混合动力汽车（含插电式）高压燃油系统以及纯电动汽车用的电池包壳体（复合材料）、氢燃料供给系统、极寒加温系统和风道等，可以满足传统和新能源汽车产品的多元化需求。

年公司大力投入到车载氢系统及其零部件的研发工作中，与国内知名高校及氢能头部企业开展广泛合作。公司自主研发的35MPa车载氢系统已在成渝地区示范运营；70MPa车载氢系统已取得某主机厂批量订单。公司已完成车载氢系统实验中心的建设工作，正在搭建国内首条氢系统自动化生产线。

素材来源：各企业官网 艾邦综合网等