儲氫系統是加氫站三大件（儲氫系統、壓縮機、加氫機）之一，但儲氫系統的應用不止于加氫站。所以本文將視角擴展至多個環節的儲氫節點：氫氣制取之后的儲存、運抵加氫站之后的儲存，以及車載儲氫，這些不同的節點也對儲氫容器提出了不同的要求。

什么是儲氫系統

大家平常所看到的儲氫系統要么是大大的球形罐，要么是長長的氣瓶。但儲氫系統并不單單是一個罐子和瓶子那么簡單，因為涉及到密封以及上下進口和出口的關系，所以零部件并不少。

按照美國Argonne實驗室的定義，儲氫系統可以分為幾大部件：儲氫瓶、集成瓶閥、集成壓力調節模塊、加氫口、儲氫系統控制器以及各部分的泄壓排氫裝置。

這一定義是針對儲氫瓶的相關系統。在儲氫球罐的相關系統相對比而言更為簡單一些。但上下進口和密封系統等相關零部件不可或缺。

儲氫容器的分類

從種類來看，儲氫容器分為儲氫球罐、儲氫瓶，以及特殊場景使用的液氫儲罐。

從流程來看，不同的儲氫系統出現在不同的流程節點：我國已經成為氫氣生產第一大國，氫氣生產后必須先以大容量容器進行存儲，氣態儲氫球罐和液氫儲罐出現在這一 節點。

儲氫罐的氫氣通過長管拖車到達加氫站后，通過泄氣柱裝置把氫氣連接到加氫站里面的壓縮機，經過壓縮機增壓后的氫氣會存儲到儲氫容器中。目前國內加氫站內的儲氫容器多以工業中廣泛采用20MPa鋼制氫瓶與增壓后的45MPa鋼制氫瓶、98MPa鋼帶纏繞式壓力容器進行組合，來為車載儲氫系統提供“能量”。

我國車載儲氫系統有兩個壓強類型的需求，35兆帕和70兆帕，為了讓氫氣快速注入車載儲氫系統，加氫站的儲氫系統壓強更高。但是因為鋼制氫氣瓶重量大，并不適宜汽車用，所以車載儲氫系統使用的是技術迭代后的輕量型儲氫瓶。

儲氫球罐

在制氫工廠最具標志性的就是碩大的儲氫球罐。這類固定式儲氫容器多是由不銹鋼和鋁合金等金屬材料制成，其設計制造技術成熟、成本低、灌裝速度快、能耗也較低，但是單位質量儲氫密度較小，儲氫球罐壓強是200至500kPa。技術要求主要針對的是耐壓和絕熱。

華電1500立方儲氫球罐

除了氣氫球罐，儲氫球罐還包括液氫球罐。以往液氫主要用于軍事和航空航天領域，近年來隨著液氫也逐步進入商業化，液氫球罐的開發也成為氫能裝備的主攻方向之一。

目前儲氫球罐生產多由高壓容器生產企業延伸的業務，其中中集安瑞科與蘭石重裝等是國內重量級的儲氫球罐生產企業。

中集安瑞科：

旗下荊門宏圖特種飛行器制造有限公司自2016年起為客戶提供壓縮氫氣球罐，具備8000m3中壓氫氣球罐的建造能力，并完成了與高純氨制氫項目相配套的高純氨球罐技術的研發?。

蘭石重裝：

公司在氫能源領域主要產品為加氫反應器等用氫裝備、煤氣化制氫裝備、儲氫用球罐設備等，正在研發超高壓儲氫裝備（45Mpa/75Mpa）、高壓氣固組合儲氫容器、POX造氣制氫裝置廢熱鍋爐等。

除了氣態儲氫球罐，液氫儲罐也有企業已經成為國際市場上的翹楚：

中集安瑞科：

旗下中集圣達因開發的國內首臺商用液氫球罐裝備生產線在安徽阜陽正式開工。中集圣達因研發的液氫球罐為雙層真空球形容器，總容積400立方米，液氫裝載量可達25噸以上，表明中集安瑞科已經攻克了超低溫區下選材、超低溫焊接、大溫差下結構設計和絕熱設計、現場施工惡劣條件下絕熱材料包扎、高真空獲得和長效維持等諸多技術難點。

中科富海：

通過優化結構設計最大程度減小儲存、轉注時液氫的損失。中科富海可提供容積40m3的液氫移動儲罐，能滿足車載運輸7天/1000km零氫氣排放的需求。在固定式液氫儲罐方面，中科富海可提供100m3零蒸發液氫儲罐，能保證液氫儲罐長期運行中零氫氣蒸發排放。

儲氫瓶

儲氫瓶是儲氫系統商業化最成熟的領域，已經有大量企業進入儲氫瓶的生產。儲氫瓶的技術經歷了五代的迭代，目前沒有內膽只由纖維纏繞而成的V型瓶無論在國內還是國外都尚處于研究當中。

投入使用的高壓儲氫氣瓶主要分為四個類型：全金屬氣瓶(Ⅰ型)、金屬內膽纖維環向纏繞氣瓶(Ⅱ型)、金屬內膽纖維全纏繞氣瓶(Ⅲ型)、非金屬內膽纖維全纏繞氣瓶(Ⅳ型)。

四代儲氫瓶目前都在被廣泛應用，這是因為其I型瓶和II瓶型以其特質適合作為加氫站儲氫容器，III型瓶和IV型瓶更適合作為車載儲氫容器，各有各用武之地。 

之所以加氫站和車載儲氫采用不同的儲氫瓶，首先是因為交通領域對氫氣的重量儲氫密度要求更高，Ⅰ型、Ⅱ型重容比大，難以滿足氫燃料電池汽車的儲氫密度要求。其次是儲氫容器的自重占比對車輛的動力表現非常重要。Ⅲ型、Ⅳ型瓶因采用了纖維全纏繞結構，具有重容比小、單位質量儲氫密度高等優點，目前已廣泛應用于氫燃料電池汽車。

儲氫瓶由內至外結構包括內襯材料、過渡層、纖維纏繞層、外保護層、緩沖層。以IV型儲氫瓶為例，來看其結構組成：

·內膽：瓶壁總厚度約為20~30mm，最內層與氫氣直接接觸的是阻氣層，厚度約為2~3mm，材料是PA6、PA612、PA11、HDPE等，起阻隔氫氣的作用。 

Ⅳ型儲氫瓶和Ⅳ型儲氫瓶內膽

·中間層：比較厚的耐壓層，材料是CFRP碳纖維增強復合材料，由碳纖維和環氧樹脂構成，在保證耐壓等級的前提下，盡量減小該層厚度以提高儲氫效率。

·表層：厚度約為2~3mm，材料是GFRP玻纖增強復合材料，由玻璃纖維和環氧樹脂構成。

IV型儲氫瓶之所以更適合于車載儲氫，是因為其改變了內膽的金屬材質，采用高分子材料做內膽，碳纖維復合材料纏繞作為承力層，儲氫質量比可達6%以上，最高能達到7%，進而成本可以進一步降低。

儲氫系統構成

儲氫瓶雖然是儲氫系統的核心，但是在一系列輔助零部件協助下儲氫系統才能安全投入應用。

加氫站儲氫系統由儲氫瓶、集成瓶閥、集成壓力調節模塊、加氫口、儲氫系統控制器以及各部分的泄壓排氫裝置組成。

集成瓶閥

集成瓶閥是保障儲氫瓶安全和順利輸氫的關鍵零件，它也是由多個零部件組成，分別是過濾器、流量限值閥、熱&壓 壓力釋放裝置、手動閥、作為加氫入口的止回閥，以及一系列溫壓傳感器。

集成壓力控制模塊通常包括自動截止閥、手動放空閥（用于維修）、壓力調節器、緊急泄壓閥和壓力傳感器。

儲氫系統的性能可以用儲氫容量、系統儲氫質量密度、系統儲氫體積密度、每千瓦時儲氫成本、充放循環壽命、最小運輸壓力這幾個重要參數來評價。

車載儲氫系統

車載儲氫系統因應用場景的不同，其構成與加氫站儲氫系統有不同。其結構包括：含瓶閥的儲氫瓶、供氫管、加氫口、高壓氫氣管路、壓力傳感器、單向閥、減壓器、氫系統桁架。

捷氫科技70MPa燃料電池車載儲氫系統

車載儲氫系統采取的是疊放帶桁架加以固定的形式，瓶的數量根據車的功率等指標有不同數字，商務車中以6瓶居多，擺放模式多數如下：

而在乘用車中多以前后兩個儲氫瓶為主：

搭載兩個Ⅳ型儲氫瓶的氫燃料電池汽車

儲氫系統生產企業

儲氫瓶是儲氫系統中商業化最成熟的一環，所以集中了大量的生產企業：

中材科技：

以III型、IV型儲氫瓶為主，目前公司批量生產35MPa的高壓儲氫瓶，主要應用于商用車及無人機領域，市占率領先。70MPa III型儲氫瓶已經供貨，70MPa IV型瓶已完成技術儲備。

中集安瑞科：

III型、IV型儲氫瓶為主，2020年5月，中集安瑞科通過與Hexagon的合作，涉足IV型瓶并將其引入中國市場，挪威Hexagon為IV型儲氫瓶領域鼻祖。雙方聯合成立針對中國及東南亞市場快速增長的高壓氫氣儲運的合營公司。于2021年第二季度開始Ⅳ型儲氫瓶的生產設施建設。

京城股份：

以III型、IV型儲氫瓶為主。其子公司天海工業是著名的儲氫容器生產企業，具有8個專業氣體儲運裝備生產基地。公司35MPa、70MPa III型瓶具備批量供貨能力；2021年5月17日，公司發布具有完全自主知識產權的IV型瓶，完成了20MPa、35MPa、70MPa多種規格IV型瓶產品設計及試制。

亞普股份：

以III型、IV型儲氫瓶為主，公司專業從事汽車燃料系統的研發、制造和銷售，產品主要是乘用車用塑料燃油箱及加油管(注油管)。

國富氫能：

主營產品包括車載高壓供氫系統及相關產品、加氫站設備及相關產品、氫氣液化及液氫儲運設備、水電解制氫設備及相關產品。在儲氫球罐和儲氫瓶都有多項產品問世。車載高壓供氫系統及相關產品、加氫站設備及相關產品為國富氫能主要營收產品，2023年分別貢獻3.01億元、1.23億元收入，占比分別為57.6%、23.6%。

巨化集團：

公司與浙江大學合作開展“863”項目高壓儲氫罐的制造，完成了加氫示范站（在北京）三臺氫氣儲存容器（壓力分別為47Mpa和75MPa，容積5m3）的制作交付使用并順利通過驗收；在鋼制包裝容器系列方面，分別建有非重復充裝鋼瓶、可重復充裝鋼瓶到罐式集裝箱生產線。

富瑞特裝：

公司正在進行氫燃料電池車用液氫供氣系統及配套氫閥的研發工作，該產品是對目前應用較多的車用高壓供氫系統的補充，主要用于氫燃料電池重卡，液氫供氣系統產品樣品現已試制完成有待進行裝車試驗，配套氫閥有待交付第三方進行試驗。

奧揚科技：

目前公司已經完成了多款IV型瓶產品的研發制造，完成了塑料內膽與金屬瓶嘴密封性能專利、碳纖維纏繞技術、產品的一致性等“卡脖子”技術。產品的壓力等級涵蓋20MPa-70MPa。

科泰克：

公司是專業生產高壓容器的高新技術企業。長期從事鋁合金內膽、呼吸氣瓶、車用復合氣瓶、高壓及超高壓容器的設計、生產和銷售。已展開IV型瓶的材料選型匹配等基礎性研究工作。隸屬國家市場監管總局的中國特種設備檢測研究院，也已經到參與到國家70MPaIV型瓶的課題研究中。

未勢能源：

2023年初，未勢能源自主研發的第二代70MPa-57L Ⅳ型儲氫瓶取得突破性進展，質量儲氫密度達到6.1wt%，超過美國能源部（DOE）設定的2025年質量儲氫密度目標值5.5wt%，且優于當前國際市場主流品牌同類產品指標，達到世界領先水平，主要適用于氫燃料電池乘用車型車載儲氫系統。

碳纖維和閥門企業

碳纖維是制造儲氫瓶的關鍵原材料，其本身的成本和性能，對儲氫瓶的成本和使用性能有著很大影響。根據相關研究，碳纖維復合材料的成本約占到儲氫瓶整體成本的60%以上。與燃油汽車相比，搭載碳纖維復合材料儲氫瓶的汽車，燃油效率改善效果顯著。通常情況下，1臺燃料電池汽車平均載有6只氣瓶，1只氣瓶大約需要40千克碳纖維。

纖維纏繞工藝是儲氫瓶制備過程中的重要環節，主要分為濕法纏繞、干法纏繞和干濕法纏繞。其中，濕法纏繞是指將碳纖維絲束進行浸漬處理，然后在張應力控制下直接纏繞于芯模上。該方法的生產成本低，是高壓儲氫瓶最常見的纏繞工藝。

知名碳纖維企業包括中材科技、中復神鷹、光威復材、海控復材、金博碳素等，而且正在有大量企業涌入這一賽道。

?閥門是構成車載供氫系統至關重要的一環，具有檢測溫度、控制流量、凈化氣體以及減少氫氣泄露風險等作用，是保障燃料電池汽車安全運轉的關鍵模塊。其中，閥門包括瓶口閥、減壓閥以及其它閥門。

近年來，隨著氫車推廣數量的不斷提升，國產車載儲氫系統閥門的市場占比也在逐步提升。根據國內主要儲氫系統企業反饋的情況統計，2023年，國產閥門在車載儲氫系統領域的市場份額已經提升到50%以上，而在2022年，車載儲氫系統閥門的國產化占比僅有20%-30%。儲氫閥門生產企業?主要包括蘇州紐威閥門股份有限公司、富瑞特裝、京城股份、中材科技、江蘇神通等。

儲氫系統標準

儲氫系統的最基礎設計要求是必須滿足氫安全要求，包括與高壓氫氣直接接觸的零部件材料應具備氫氣兼容性，并考慮氫脆現象對設計壽命的影響。例如，高壓管材料應選擇抗氫脆的316L不銹鋼材料。此外，零部件需要根據整車實際運營工況完成功能性試驗和安全性試驗，包括耐久試驗、壓力、溫度、振動循環試驗、氣密測試、爆破壓力等?。

?儲氫系統的標準?主要包括以下幾個方面：

液氫方面，國內發布了三項液氫相關的國家標準，包括《氫能汽車用燃料 液氫》、《液氫貯存和運輸技術要求》和《液氫生產系統技術規范》，以及國際上的相關標準，如NSS 1740.16、《AIAA-G-095》等，涵蓋了液氫的貯存和運輸技術要求及安全指導?。

這些標準共同構成了儲氫系統的設計、安裝、運行和管理的全面指導，確保了儲氫系統的安全性和可靠性。

內容資料來源：艾氫科技、中材科技、中集安瑞科等