氫燃料電池汽車高壓儲氫罐的開發

氫燃料電池汽車高壓儲氫罐的開發

與傳統內燃機汽車和純電動汽車相比，氫燃料電池汽車具有顯著的優勢，不僅能夠減少溫室氣體排放，而且具有較高的效率，能夠滿足電動汽車較長的續駛里程。但是，目前氫燃料電池汽車的成本過高，尤其是用于氫氣儲存和輸送的車載供氫系統，其中的高壓儲氫罐是氫燃料電池汽車所有組件中成本第二高的組件。為此，美國能源部（DOE）燃料電池辦公室啟動了一項降低高壓儲氫罐成本的項目，試圖開發可量產的低成本高壓儲氫罐，以降低氫燃料電池汽車的制造成本。

項目初期對傳統高壓儲氫罐的制造過程進行分析，發現制造成本過高主要來源于所使用的碳纖維環氧樹脂復合材料，因而考慮使用低成本的替代性材料來替換原本的碳纖維環氧樹脂復合材料，并通過對高壓儲氫罐進行優化設計和減少原材料的使用量這兩種方法來降低高壓儲氫罐的制造成本。

由于乙烯基樹脂具有低成本和低密度的顯著優勢，因而利用其替代原本的環氧樹脂來制造碳纖維乙烯基樹脂復合材料。對高壓儲氫罐進行優化設計時，罐體內部采用輕質塑料內襯，用以密封氫氣，防止出現氫氣逸出。而在內襯外部采用碳纖維乙烯基樹脂復合材料層，用來承受罐體內部高氣壓產生的拉力。由于與碳纖維乙烯基樹脂復合材料相比，玻璃纖維乙烯基樹脂復合材料具有較高的抗壓強度和較低的成本，因而為保證高壓儲氫罐具有較高的強度承受外界沖擊，則在碳纖維乙烯基樹脂復合材料層外部鋪設玻璃纖維乙烯基樹脂復合材料層。利用有限元方法對設計的高壓儲氫罐進行分析，并制造出高壓儲氫罐原型，同時對其進行測試。結果顯示：①所設計的高壓儲氫罐內部能夠承受的壓強超過70MPa，儲存的氫氣能夠滿足483km的行駛里程需求；②乙烯基樹脂和玻璃纖維的使用可使氫燃料電池汽車的制造成本降低22%。

Kenneth Johnson et al.SAE

2017-01-1183.

編譯：王祥