氢燃料电池汽车高压储氢罐的开发

氢燃料电池汽车高压储氢罐的开发

与传统内燃机汽车和纯电动汽车相比，氢燃料电池汽车具有显著的优势，不仅能够减少温室气体排放，而且具有较高的效率，能够满足电动汽车较长的续驶里程。但是，目前氢燃料电池汽车的成本过高，尤其是用于氢气储存和输送的车载供氢系统，其中的高压储氢罐是氢燃料电池汽车所有组件中成本第二高的组件。为此，美国能源部（DOE）燃料电池办公室启动了一项降低高压储氢罐成本的项目，试图开发可量产的低成本高压储氢罐，以降低氢燃料电池汽车的制造成本。

项目初期对传统高压储氢罐的制造过程进行分析，发现制造成本过高主要来源于所使用的碳纤维环氧树脂复合材料，因而考虑使用低成本的替代性材料来替换原本的碳纤维环氧树脂复合材料，并通过对高压储氢罐进行优化设计和减少原材料的使用量这两种方法来降低高压储氢罐的制造成本。

由于乙烯基树脂具有低成本和低密度的显著优势，因而利用其替代原本的环氧树脂来制造碳纤维乙烯基树脂复合材料。对高压储氢罐进行优化设计时，罐体内部采用轻质塑料内衬，用以密封氢气，防止出现氢气逸出。而在内衬外部采用碳纤维乙烯基树脂复合材料层，用来承受罐体内部高气压产生的拉力。由于与碳纤维乙烯基树脂复合材料相比，玻璃纤维乙烯基树脂复合材料具有较高的抗压强度和较低的成本，因而为保证高压储氢罐具有较高的强度承受外界冲击，则在碳纤维乙烯基树脂复合材料层外部铺设玻璃纤维乙烯基树脂复合材料层。利用有限元方法对设计的高压储氢罐进行分析，并制造出高压储氢罐原型，同时对其进行测试。结果显示：①所设计的高压储氢罐内部能够承受的压强超过70MPa，储存的氢气能够满足483km的行驶里程需求；②乙烯基树脂和玻璃纤维的使用可使氢燃料电池汽车的制造成本降低22%。

Kenneth Johnson et al.SAE

2017-01-1183.

编译：王祥