70MPa高压气态储氢系统关键技术及应用

氢能是一种清洁、高效的二次能源，被认为是连接化石能源和可再生能源的重要桥梁。氢能的跨越式发展对解决中国所面临的“能源短缺”和“环境污染”这两大难题具有重要意义。

氢能利用是一个复杂的系统工程，其中，经济规模制氢是源头，高效安全储氢是关键，燃料电池是核心。

与液态储氢、固态储氢等储氢方式相比，高压储氢具有设备结构简单、压缩能耗少、充放速度快等优点，是极具商业应用前景的储氢技术。

综合考虑压缩能耗、续驶里程、基础设施建设投资等因素，车载供氢系统比较理想的储存压力为35-70MPa。为利用压力差实现快速充氢，加氢站用储氢容器的压力达到40-75MPa。

为提高续驶里程，70MPa高压储氢是国内外氢能储存的发展目标和研究重点。

在国家高技术研究发展计划（863计划）等的资助下，针对氢气压缩、储存和氢安全中存在的问题，经过近十年的努力，课题组突破了70MPa高压气态储氢系统的若干关键技术，取得的主要成果有：

1. 安全状态远程在线监控的全多层大容积高压储氢容器 将钢带错绕筒体技术与双层等厚度半球形封头和加强箍等结构相结合，创新性地提出了全多层高压容器结构，研制成功拥有自主知识产权的国际首台高于70MPa的钢带错绕全多层高压储氢容器，突破了高压氢气的经济、安全、规模储存的难题。

2. 集压缩、净化于一体的低能耗70MPa静态化学氢压缩机 研发了在150℃下释氢平台压力达到80MPa的储氢合金，解决了高压下储氢合金粉末堆积预防和传热优化、氢容量匹配等关键技术，形成了高压超纯氢静态化学氢压缩技术，研制成功了国际首台70MPa静态化学氢压缩机，该压缩机同时具有显著提高氢气纯度的功能。

3. 轻质铝内胆纤维全缠绕高压储氢气瓶设计制造技术 建立了纤维全缠绕高压储氢气瓶结构-材料-工艺一体化的自适应遗传优化设计方法，解决了超薄（0.5mm）铝内胆成型、高抗疲劳性能的缠绕线形匹配等关键技术，成功研制了70MPa纤维全缠绕高压储氢气瓶，其单位质量储氢密度达5.78wt%，实现了纤维全缠绕高压储氢气瓶的轻量化。

4. 高压氢气快充温升仿真系统及其控制技术 考虑材料比热容随温度的变化和气瓶内外壁之间的传热，构建了高预测精度的车载高压储氢容器快充温升数值仿真系统，准确预测了快充过程中气瓶内各处压力、温度的分布规律，给出了实用可靠的温升控制方法。

经教育部组织专家鉴定，上述研究成果具有多项技术创新和自主知识产权，达到了国际先进水平，其中钢带错绕全多层高压储氢容器达到国际领先水平。

氢能是一种清洁、高效的二次能源，被认为是连接化石能源和可再生能源的重要桥梁。氢能的跨越式发展对解决中国所面临的“能源短缺”和“环境污染”这两大难题有重要意义。氢能利用是一个复杂的系统工程，其中经济规模制氢是源头、高效安全储氢是关键、燃料电池是核心。与液态储氢、固态储氢等储氢方式相比，高压储氢具有设备结构简单、压缩能耗少、充放速度快等优点，是极具商业应用前景的储氢技术。综合考虑压缩能耗、续驶里程、基础设施建设投资等因素，车载供氢系统比较理想的储存压力为35-70MPa。为利用压力差实现快速充氢，加氢站用储氢容器的压力达到40-75MPa。为提高续驶里程，70MPa高压储氢是国内外氢能储存的发展目标和研究重点。在国家高技术研究发展计划(863计划)等的资助下，针对氢气压缩、储存和氢安全中存在的问题，经过近十年的努力，课题组突破了70MPa高压气态储氢系统的若干关键技术，取得的主要成果有：(1)安全状态远程在线监控的全多层大容积高压储氢容器将钢带错绕筒体技术与双层等厚度半球形封头和加强箍等结构相结合，创新性地提出了全多层高压容器结构，研制成功拥有自主知识产权的国际首台高于70MPa的钢带错绕全多层高压储氢容器，突破了高压氢气的经济、安全、规模储存的难题。(2)集压缩、净化于一体的低能耗70MPa静态化学氢压缩机研发了在150℃下释氢平台压力达到80MPa的储氢合金，解决了高压下储氢合金粉末堆积预防和传热优化、氢容量匹配等关键技术，形成了高压超纯氢静态化学氢压缩技术，研制成功了国际首台70MPa静态化学氢压缩机，该压缩机同时具有显著提高氢气纯度的功能。(3)轻质铝内胆纤维全缠绕高压储氢气瓶设计制造技术建立了纤维全缠绕高压储氢气瓶结构-材料-工艺一体化的自适应遗传优化设计方法，解决了超薄(0.5mm)铝内胆成型、高抗疲劳性能的缠绕线形匹配等关键技术，成功研制了70MPa纤维全缠绕高压储氢气瓶的单位质量储氢密度达5.78wt%，实现了纤维全缠绕高压储氢气瓶的轻量化。(4)高压氢气快充温升仿真系统及其控制技术考虑材料比热容随温度的变化和气瓶内外壁之间的传热，构建了高预测精度的车载高压储氢容器快充温升数值仿真系统，准确预测了快充过程中气瓶内各处压力、温度的分布规律，给出了实用可靠的温升控制方法。经教育部组织专家鉴定，上述研究成果具有多项技术创新和自主知识产权，达到了国际先进水平，其中钢带错绕全多层高压储氢容器达到国际领先水平。