高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫的案例
周樹輝 等：高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)形勢(shì)分析
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)形勢(shì)分析[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2023, 12(8): 2668-2679.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-
4239.2023.0139
摘 要 在加速能源行業(yè)轉(zhuǎn)型的背景下，氫能憑借零污染、能量高、資源豐富、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，氫能產(chǎn)業(yè)受到了國(guó)家的高度重視。氫氣的穩(wěn)定性極差，泄漏后易發(fā)生燃燒和爆炸，使得安全性低、儲(chǔ)運(yùn)難度大、成本高，從而對(duì)氫氣的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。安全、經(jīng)濟(jì)、高效的儲(chǔ)運(yùn)氫已成為當(dāng)前制約氫能規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸之一。在諸多儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)中，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)為目前發(fā)展最為成熟、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。本文通過對(duì)2003年以來(lái)美國(guó)、中國(guó)、日本、韓國(guó)等126個(gè)國(guó)家/地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，抓取高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域共2276條專利進(jìn)行分析，分析專利申請(qǐng)趨勢(shì)、技術(shù)聚焦點(diǎn)、壟斷性、持有者情況和市場(chǎng)布局等，研究技術(shù)創(chuàng)新熱度、申請(qǐng)趨勢(shì)、地域布局情況和企業(yè)現(xiàn)狀等情況，為是否進(jìn)入該技術(shù)領(lǐng)域、技術(shù)研究方向、專利布局點(diǎn)等提供支持。通過分析，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)領(lǐng)域壟斷性整體處于較低水平，熱點(diǎn)技術(shù)主要集中在高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫容器、復(fù)合材料、鋁合金等方向，未來(lái)還需向輕量化、高壓化、低成本、質(zhì)量穩(wěn)定等方向發(fā)展。
展開 液氫的制、儲(chǔ)、運(yùn)技術(shù)現(xiàn)狀及分析
在長(zhǎng)距離輸運(yùn)情況下， 液氫技術(shù)路線的綜合成本低于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)路線， 液氫技術(shù)路線投資大和能耗高的問題，可通過設(shè)備自主化、產(chǎn)能規(guī)模化，以及液氫運(yùn)輸成本對(duì)距離的不敏感性，并結(jié)合新能源電氫體系予以解決。
隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出，清潔能源產(chǎn)業(yè)開始迅速推進(jìn)，作為“零碳”能源——?dú)淠艿闹匾咝лd體，液氫將會(huì)成為保證氫能規(guī)模化應(yīng)用的有效實(shí)施途徑。
文章來(lái)源：化工365
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氫氣傳感器用于加氫站的H2 泄露報(bào)警檢測(cè)
當(dāng)前我國(guó)在役加氫站全部為高壓氣態(tài)氫加氫站，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫站仍在規(guī)劃中還未開始建設(shè)，民用液氫市場(chǎng)尚屬空白。但隨著燃料電池汽車（FCV）的普及與規(guī)模化應(yīng)用，日加氫量規(guī)模將會(huì)遠(yuǎn)超氣態(tài)加氫站的供給能力，這就意味著液氫加氫站會(huì)在未來(lái)氫能產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)重要位置。
儲(chǔ)存系統(tǒng)
根據(jù)氫的3種不同狀態(tài)，可將儲(chǔ)氫方式分為高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)材料儲(chǔ)氫3類。目前全球加氫站普遍采用前2種儲(chǔ)氫方式。
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫簡(jiǎn)單易行、成本低、相對(duì)成熟、充放氣速度快，是一種較為成熟的儲(chǔ)氫方式。因此，也是加氫站中采用最多的儲(chǔ)氫方式。國(guó)內(nèi)加氫站常用2種儲(chǔ)氫裝置：儲(chǔ)氫罐和儲(chǔ)氫瓶組。在GB 50516—2010中，推薦加氫站選用同一規(guī)格的固定式儲(chǔ)氫罐或儲(chǔ)氣瓶組，并應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定。在安全規(guī)定方面，要求儲(chǔ)氫系統(tǒng)設(shè)置：安全泄壓裝置；氫氣放空管及切斷閥和取樣口；壓力測(cè)量?jī)x表、壓力傳感器；泄漏報(bào)警裝置；氮?dú)獯祾咧脫Q接口；儲(chǔ)氣瓶組臥式存放及距離不小于1.5m；設(shè)置安全防護(hù)欄或其他防撞措施等。
與高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫相比，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫具有體積密度高和儲(chǔ)氫量大等優(yōu)點(diǎn)。在常溫常壓下，液態(tài)氫的密度是氣態(tài)的845倍。因此，對(duì)于氫氣需求量比較大的加氫站，采用液態(tài)儲(chǔ)氫是一種不錯(cuò)的方式，也是加氫站發(fā)展重要方向之一。在GB 50516—2020的征求意見稿中意見亦已增加了液氫儲(chǔ)存相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。
ISO 19880-1對(duì)于氣氫儲(chǔ)存系統(tǒng)，未有明確對(duì)儲(chǔ)氫容器的使用種類提出建議或要求，但要求每一組儲(chǔ)氫容器例如當(dāng)使用儲(chǔ)氫鋼瓶或長(zhǎng)管拖車儲(chǔ)存氫氣時(shí)，都應(yīng)配置一套獨(dú)立的安全裝置，包括熱屏蔽系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、手動(dòng)或自動(dòng)的分離閥等。
展開 我國(guó)新突破！氫氣變身“固態(tài)油箱”，用完就換，可以行駛120公里
周少雄說，氫在通常條件下以氣態(tài)形式存在，且易燃、易爆、易擴(kuò)散，使得人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中要優(yōu)先考慮氫儲(chǔ)存和運(yùn)輸中的安全、高效和無(wú)泄漏損失，這就給儲(chǔ)存和運(yùn)輸帶來(lái)很大的困難。
江蘇集萃先進(jìn)能源材料與應(yīng)用技術(shù)研究所開發(fā)固態(tài)儲(chǔ)氫自行車
目前，氫氣的儲(chǔ)運(yùn)主要分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種方式。
氣態(tài)儲(chǔ)氫較為常見，可分為低壓和高壓兩種。過去，街頭巷尾賣氣球的小販，會(huì)載著一個(gè)大鋼瓶，這就是低壓儲(chǔ)氫罐。而高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫最高可在70兆帕下存儲(chǔ)，目前我國(guó)常見的高壓儲(chǔ)氫也達(dá)到35兆帕，這就對(duì)壓力容器提出極高的要求，目前高壓儲(chǔ)氫罐采用碳纖維制造，成本極高且要消耗較大的能源進(jìn)行壓縮。
氫氣在一定的低溫下，會(huì)以液態(tài)形式存在。因此，可以將氫氣壓縮、冷卻實(shí)現(xiàn)液態(tài)儲(chǔ)氫。常溫 、常壓下液氫的密度為氣態(tài)氫的 845 倍，但低溫液態(tài)儲(chǔ)氫不經(jīng)濟(jì)。氫氣液化要消耗較大的冷卻能量，而且必須使用超低溫用的特殊容器，目前僅在儲(chǔ)存空間有限的場(chǎng)合使用，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等。
與化石能源或電力能源相比，氫能由于尚未很好地解決儲(chǔ)運(yùn)問題，所以一直處在叫好不叫座的尷尬境地。因此，開發(fā)新型高效的儲(chǔ)氫材料、安全的儲(chǔ)氫技術(shù)對(duì)氫能的開發(fā)利用至關(guān)重要。
材料突破，
儲(chǔ)氫技術(shù)迎來(lái)“變革者”
與高壓氣態(tài)、液態(tài)儲(chǔ)氫相比，固態(tài)儲(chǔ)氫從體積儲(chǔ)氫密度、經(jīng)濟(jì)性和安全性等因素考慮是最具商業(yè)化發(fā)展前景的儲(chǔ)存方式之一。
“固態(tài)儲(chǔ)氫相對(duì)于高壓氣態(tài)和液態(tài)儲(chǔ)氫，具有體積儲(chǔ)氫密度高、工作壓力低、安全性能好等優(yōu)勢(shì)。”據(jù)周少雄介紹，固態(tài)儲(chǔ)氫是未來(lái)高密度儲(chǔ)存和安全氫能利用的發(fā)展方向。
固態(tài)儲(chǔ)存需要用到儲(chǔ)氫材料，目前技術(shù)較為成熟的儲(chǔ)氫材料主要是金屬合金。
展開 
劉名瑞 等：基于物理吸附儲(chǔ)氫材料的研究進(jìn)展
物理吸附儲(chǔ)氫技術(shù)雖然具有明顯的技術(shù)瓶頸，但與其他儲(chǔ)氫技術(shù)結(jié)合形成復(fù)合儲(chǔ)氫體系，仍然具有很好的協(xié)同效應(yīng)，幫助提高儲(chǔ)氫效率、改善吸放氫動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)性能，是儲(chǔ)氫領(lǐng)域必要的技術(shù)分支。
關(guān)鍵詞 儲(chǔ)氫；物理吸附；碳基材料；有機(jī)骨架；水合物
作為替代石油、煤炭等化石能源的主要清潔能源之一，氫能技術(shù)的發(fā)展迎來(lái)了很大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。氫儲(chǔ)運(yùn)是氫能源大規(guī)模應(yīng)用的前提，尤其作為移動(dòng)應(yīng)用端的清潔能源汽車，目前主要采用的是高壓氣態(tài)存儲(chǔ)，面臨的主要問題是質(zhì)量儲(chǔ)氫密度低和存在安全風(fēng)險(xiǎn)等。因此，氫氣的商業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展仍需要解決氫氣儲(chǔ)運(yùn)的高密度、高安全性技術(shù)瓶頸。現(xiàn)有氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)包括高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫，其中固態(tài)儲(chǔ)氫的材料又可以根據(jù)氫氣與材料的鍵合能力及化學(xué)鍵類型分為3類：①物理吸附材料，氫氣通過物理吸附的方式以分子形態(tài)儲(chǔ)存在材料中，吸附能力一般較弱；②化學(xué)吸附材料，氫氣在材料表面解離后，通過共價(jià)鍵、金屬鍵、配位鍵等方式與材料元素形成新的化合物，結(jié)合牢固，放氫難；③復(fù)合儲(chǔ)氫材料，將物理吸附材料與化學(xué)吸附材料結(jié)合形成復(fù)合體系，通常利用納米化、添加催化劑等方式可以進(jìn)一步提升儲(chǔ)氫性能。可見，物理吸附儲(chǔ)氫技術(shù)是氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)中一個(gè)重要的分支，通過研究物理吸附儲(chǔ)氫體系的種類、技術(shù)特點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)可以為未來(lái)氫氣儲(chǔ)運(yùn)的多元化提供技術(shù)路線，也為氫氣向商用、民用領(lǐng)域發(fā)展提供解決思路。
1 碳基材料物理吸附儲(chǔ)氫
碳基儲(chǔ)氫材料主要包括活性炭、石墨烯、碳納米管、介孔碳和碳?xì)饽z等。
展開 庭田科技攜手某新媒體平臺(tái)Cadfil軟件助力高壓儲(chǔ)氫氣瓶纖維纏繞技術(shù)
而氫燃料電池汽車的關(guān)鍵部件之一便是高壓儲(chǔ)氫氣瓶，它的技術(shù)水平直接影響著汽車的續(xù)航能力。
1.2 庭田科技與某新媒體平臺(tái)的合作
庭田科技作為Cadfil在中國(guó)的總代理，始終致力于為國(guó)內(nèi)企業(yè)提供最先進(jìn)的氫能相關(guān)技術(shù)。近期，庭田科技與某新媒體平臺(tái)達(dá)成合作，共同推廣和普及基于Cadfil軟件的儲(chǔ)氫高壓復(fù)合材料氣瓶纖維纏繞技術(shù)。為了讓更多行業(yè)內(nèi)人士了解并掌握這一技術(shù)，庭田科技將與某新媒體臺(tái)共同舉辦線上公開課。
1.3 課程內(nèi)容介紹
庭田科技邀請(qǐng)到了Cadfil軟件專家（高級(jí)攻城獅）為大家講解這一技術(shù)。在這次公開課中，Cadfil軟件專家將為大家詳細(xì)介紹IV型高壓儲(chǔ)氫氣瓶的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，以及如何利用Cadfil軟件進(jìn)行氣瓶纖維纏繞仿真。課程內(nèi)容將涵蓋以下幾個(gè)方面：
1）IV型高壓儲(chǔ)氫氣瓶的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
2）纖維纏繞技術(shù)在儲(chǔ)氫氣瓶上的應(yīng)用
3）Cadfil纖維纏繞軟件的功能及應(yīng)用領(lǐng)域
4）基于Cadfil軟件的氣瓶纖維纏繞仿真實(shí)例演示
圖一 典型IV型高壓儲(chǔ)氣瓶結(jié)構(gòu)示意圖
1.4 課程收益與合作展望
參與這次線上公開課的企業(yè)和個(gè)人將在Cadfil軟件專家的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)到實(shí)用的纖維纏繞技術(shù)和Cadfil軟件操作技巧，深入了解纖維纏繞技術(shù)在高壓儲(chǔ)氫氣瓶制造中的關(guān)鍵作用，以及如何利用Cadfil軟件進(jìn)行高效、精確的纏繞仿真，更好地掌握IV型高壓儲(chǔ)氫氣瓶的設(shè)計(jì)與制造技巧，這將有助于提高企業(yè)在氫能產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，為氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)大技術(shù)支持。
展開 我國(guó)氫能行業(yè)現(xiàn)狀點(diǎn)評(píng)
在常溫常壓下，氫氣的密度只有空氣的 1/14， 即在 0 ℃時(shí)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氫氣的密度為 0.0899 g/L，所以對(duì)儲(chǔ)氫技術(shù)具有高安全性、大容量、低成本以及取用方便的要求。儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)主要包括氣態(tài)存儲(chǔ)、低溫液態(tài)存儲(chǔ)、固態(tài)存儲(chǔ)、有機(jī)液態(tài)存儲(chǔ)。其中高壓氣態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)較成熟，有著充放氫速度快、成本低的優(yōu)勢(shì)，是目前車用儲(chǔ)氫的主要方法，但也存在體積儲(chǔ)氫密度低的問題，未來(lái)高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫還需向輕量化、高壓化、低成本、質(zhì)量穩(wěn)定的方向發(fā)展；低溫液態(tài)儲(chǔ)氫低溫液態(tài)儲(chǔ)氫是先將氫氣液化，然后儲(chǔ)存在低溫絕熱真空容器中，該方式的優(yōu)點(diǎn)是氫的體積能量高，但液氫的沸點(diǎn)極低，與環(huán)境溫差極大，對(duì)儲(chǔ)氫容器的絕熱要求很高，目前僅應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。
固體儲(chǔ)氫方法的體積儲(chǔ)氫密度高、安全性高、且操作條件不需要高壓容器，得到的氫氣純度高，但存在質(zhì)量儲(chǔ)氫密度低且吸收氫有溫度要求的缺點(diǎn)，目前仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段；有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫是通過加氫反應(yīng)將氫氣與甲烷等芳香族有機(jī)化合物形成分子內(nèi)結(jié)合有氫的甲基環(huán)己烷等飽和環(huán)狀化合物，可在常溫常壓下，以液態(tài)形式進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸，使用時(shí)在催化劑作用下通過脫氫反應(yīng)提取出氫氣，儲(chǔ)運(yùn)過程安全、高效，但還存在脫氫技術(shù)復(fù)雜、操作苛刻，脫氫能耗大，脫氫催化劑技術(shù)亟待突破等技術(shù)瓶頸。
四、氫能的應(yīng)用和廣泛商業(yè)化離不開加氫站基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。
加氫站是將不同來(lái)源的氫氣通過壓縮機(jī)增壓儲(chǔ)存在站內(nèi)的高壓罐中，再通過加氣機(jī)為氫燃料電池汽車加注氫氣，從氫源供應(yīng)方式可分為外供氫加氫站和站內(nèi)制氫加氫站，目前國(guó)內(nèi)以外供氫加氫站為主。加氫站系統(tǒng)包括供氫系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)和加注系統(tǒng)四個(gè)主要模塊。
展開 程寒松教授：有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)已無(wú)主要技術(shù)障礙
然而，目前氫能行業(yè)的發(fā)展依然面臨著四大難題：一是需要具備豐富的氫源，二是常溫高壓下氫的儲(chǔ)存及運(yùn)輸問題，三是廉價(jià)、高效、長(zhǎng)壽命的燃料電池，四是需要充足的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，如何更好地開發(fā)和利用氫能，成為當(dāng)下最為緊迫的課題。
程寒松教授正接受OFweek氫能網(wǎng)采訪（圖）
11月13日，由中國(guó)高科技行業(yè)門戶OFweek維科網(wǎng)、高科會(huì)主辦，OFweek氫能網(wǎng)承辦的“OFweek 2018中國(guó)氫能行業(yè)高峰論壇”在深圳隆重舉行。借此時(shí)機(jī)，OFweek氫能網(wǎng)特意采訪了中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）可持續(xù)能源實(shí)驗(yàn)室主任、國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘教授程寒松博士，就有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)進(jìn)步、未來(lái)氫能和燃料電池的市場(chǎng)前景等行業(yè)熱點(diǎn)問題進(jìn)行了深入的交流與探討。
儲(chǔ)氫技術(shù)市場(chǎng)化 技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)
目前，從國(guó)內(nèi)發(fā)展情況來(lái)看，大量工業(yè)副產(chǎn)氫和未上網(wǎng)的電，以及價(jià)格合理、長(zhǎng)壽命燃料電池的出現(xiàn)，已經(jīng)解決了氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的兩大挑戰(zhàn)，接下來(lái)需要處理好氫能儲(chǔ)運(yùn)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)層面的問題。而基礎(chǔ)設(shè)施在很大程度上依賴于氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸方式，因此解決好以常溫常壓、安全、高效、廉價(jià)的液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)為代表的氫能利用的關(guān)鍵技術(shù)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
而在實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫技術(shù)市場(chǎng)化應(yīng)用上，程寒松向OFweek氫能網(wǎng)表示：“目前還很難去量化市場(chǎng)化指標(biāo)。大家知道，如果想要達(dá)到初步實(shí)現(xiàn)的構(gòu)想，那么一座城市就至少需要幾百輛在運(yùn)營(yíng)的氫燃料電池車。然而，據(jù)國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況反饋，高壓氫根本不能進(jìn)到市內(nèi)，極大地限制了其應(yīng)用。但是，如果我們采用液體有機(jī)儲(chǔ)氫和運(yùn)氫就沒有這個(gè)問題，會(huì)非常安全。要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫技術(shù)市場(chǎng)化，就必須率先解決加氫站的問題。”
同時(shí)，程寒松進(jìn)一步介紹說，相較于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液化儲(chǔ)氫技術(shù)以及其他化學(xué)儲(chǔ)氫技術(shù)，有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)有幾個(gè)非常重要的優(yōu)勢(shì)：
首先，有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)體積儲(chǔ)氫量密度比高壓氫要高。
展開 “雙碳”目標(biāo)下，氫燃料電池汽車步入快車道
“車載儲(chǔ)氫技術(shù)在目前相對(duì)成熟的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫模式下，已比較安全，同時(shí)技術(shù)還在不斷進(jìn)步，安全性將進(jìn)一步提高，讓大家放心使用。部分民眾的‘談氫色變’需要通過科普的方式來(lái)提升信任感和接受度。國(guó)內(nèi)已有數(shù)千輛氫燃料公交物流車輛在安全運(yùn)營(yíng)當(dāng)中，未來(lái)將有更多這類公交車等市政用車出現(xiàn)在普通民眾身邊，屆時(shí)大家對(duì)于氫氣的安全將有更加直觀的感受和理解。”
氫燃料電池在使用過程中，可能會(huì)遇到電池內(nèi)部的氫氣泄漏，當(dāng)氫氣達(dá)到一定的濃度，會(huì)產(chǎn)生爆炸，從而造成安全事故。未來(lái)，無(wú)論是氫氣制造或者氫氣使用，特別是用于新能源汽車中的燃料電池，都需要非常快速有效的氫氣傳感器來(lái)檢測(cè)氫氣泄露。因此，在未來(lái)，對(duì)于一個(gè)采用氫氣作為能量載體的可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)來(lái)說，快速精準(zhǔn)的氫氣傳感器將變得非常重要，因此氫氣泄漏檢測(cè)傳感器未來(lái)市場(chǎng)成長(zhǎng)空間廣闊。為了避免安全事故發(fā)生，可以在氫燃料電池嵌入氫氣傳感器，此氫氣傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)氫氣濃度，在氫氣達(dá)到安全的濃度范圍內(nèi)，氫氣傳感器報(bào)警，確保車輛用氫安全。
工采網(wǎng)推薦氫燃料電池氫氣泄漏檢測(cè)傳感器：氫氣傳感器 TGS2615-E00,可燃?xì)怏w傳感器TGS6812和可燃?xì)怏w預(yù)校準(zhǔn)模塊CGM6812在氫氣檢測(cè)上有很大的優(yōu)勢(shì)：
氫氣傳感器TGS2615-E00 特點(diǎn)：
帶有增強(qiáng)選擇性的過濾層
低功耗
使用壽命長(zhǎng)、成本低
應(yīng)用電路簡(jiǎn)單
氫氣傳感器 TGS2615-E00 應(yīng)用：
家用燃?xì)鈭?bào)警器
便攜式燃?xì)鈾z測(cè)儀
燃?xì)馄骶叩男孤稒z測(cè)
燃料電池系統(tǒng)的氫氣泄漏檢測(cè)
日本figaro 催化燃燒式可燃?xì)怏w傳感器 - TGS6812
TGS6812-D00是催化燃燒式的可燃?xì)怏w傳感器，可以檢測(cè)100%LEL水平的氫氣，此傳感器具有精度高，耐久性與穩(wěn)定性好，快速響應(yīng)、線性輸出的特點(diǎn)，不僅可監(jiān)測(cè)氫氣，還可以用于檢測(cè)甲烷與LP氣體。
展開 深度解析：氫能產(chǎn)業(yè)鏈全景梳理
氫燃料產(chǎn)業(yè)鏈全景梳理：
資料來(lái)源：方證證券
氫能產(chǎn)業(yè)鏈：氫能端
氫能端指氫氣從生產(chǎn)到下游應(yīng)用的過程，包括制氫（電解水制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫等）、儲(chǔ)氫氫、運(yùn)氫、加氫（加氫站加氫）等核心環(huán)節(jié)。
制 氫
目前制氫技術(shù)路線按原料來(lái)源主要分為化石原料制氫、化工原料制氫、工業(yè)尾氣制氫和電解水制氫幾種。
常規(guī)的制氫技術(shù)路線中以傳統(tǒng)化石能源制氫為主，全球范圍內(nèi)主要是使用天然氣制氫，我國(guó)由于煤炭資源比較豐富，因此主要使用煤制氫技術(shù)路線，占全國(guó)制氫技術(shù)的60%以上。
制氫路線上將由化石能源制氫逐步過渡至可再生能源制氫。大規(guī)模低成本氫氣是關(guān)鍵，路線由“灰氫”向“綠氫”發(fā)展。未來(lái)“可再生能源+水電解制氫”有望成為大規(guī)模制氫發(fā)展趨勢(shì)。
從三大工業(yè)氣體巨頭依托空分技術(shù)儲(chǔ)備及資源調(diào)配能力在氫能產(chǎn)業(yè)鏈的全方位布局的能力向國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展推導(dǎo)，國(guó)內(nèi)具有氫的制備和純化技術(shù)儲(chǔ)備的本土空分設(shè)備及工業(yè)氣體公司，有望受益國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
儲(chǔ) 氫
氫氣的可大規(guī)模存儲(chǔ)和運(yùn)輸是其區(qū)別于化學(xué)電池儲(chǔ)能的重要特性。在資源總量不受約束，制備成本中遠(yuǎn)期可控的前提下，氫氣的儲(chǔ)存性能和運(yùn)輸效率是氫能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的瓶頸問題。
目前，氫氣的儲(chǔ)存主要有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固體儲(chǔ)氫三種方式、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫已得到廣泛應(yīng)用，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫在航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫尚處于示范階段。
在儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)主要廠商包括深冷股份（深冷股液氫裝置、液氫儲(chǔ)罐、儲(chǔ)氫系統(tǒng)）；富瑞特裝（車載高壓供氫系統(tǒng)和加氣設(shè)備）；京城股份（車載儲(chǔ)氣瓶、鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶，鋼質(zhì)焊接氣瓶，焊接絕熱氣瓶，碳纖維全纏繞碳復(fù)合氣瓶）；中材科技（粗紗、細(xì)砂、短切纖維、耐堿纖維、縫編織物等玻璃纖維制品）。
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3.2 液氫儲(chǔ)供系統(tǒng)
高密度、高安全和低成本的車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)是氫燃料電池汽車走向?qū)嵱没⒁?guī)模化的關(guān)鍵。針對(duì)車載儲(chǔ)氫需求，目前已發(fā)展出高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、高壓深冷儲(chǔ)氫、金屬儲(chǔ)氫和有機(jī)物儲(chǔ)氫等多種技術(shù)路線［33-35］。其中，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)在成本與儲(chǔ)氫質(zhì)量密度上具有更佳的潛力，并在國(guó)外氫能領(lǐng)域和國(guó)內(nèi)航天技術(shù)領(lǐng)域已有一定應(yīng)用［36］。目前，我國(guó)尚未有液氫車載應(yīng)用的先例，本文希望以此探索該項(xiàng)技術(shù)的可行性。
相比高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫罐，車載液氫儲(chǔ)供系統(tǒng)須突破車載液氫儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與制備、多工況液氫流量壓力精確控制和車載液氫系統(tǒng)氫氣回收處理等關(guān)鍵技術(shù)。
針對(duì)液氫儲(chǔ)罐絕熱設(shè)計(jì)、真空設(shè)計(jì)、支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和輕量化設(shè)計(jì)等核心技術(shù)難題，采用了低漏熱支撐與出管結(jié)構(gòu)、小間距高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)和夾層管氣封液結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，通過低溫臥式容器傳熱性能優(yōu)化，最終的液氫儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)如圖17所示。
圖17 液氫儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)圖
為保證液氫儲(chǔ)罐使用安全，系統(tǒng)在構(gòu)型、工藝、材料和使用等方面提出了一系列安全方案。
（1）液態(tài)氫轉(zhuǎn)變?yōu)?em>氣態(tài)氫會(huì)導(dǎo)致體積膨脹約845 倍，超壓設(shè)計(jì)對(duì)安全尤為重要。液氫儲(chǔ)罐的安全泄放裝置包括兩個(gè)安全閥，或一個(gè)安全閥和爆破片串聯(lián)。爆破片可以在超壓泄放前避免氫氣泄漏，安全閥可以在超壓泄放后回到關(guān)閉狀態(tài)。
（2）自增壓汽化器上設(shè)置低溫截止閥和電磁閥，通過工藝流程保證不同時(shí)關(guān)閉。
（3）所有涉氫管道、閥門等設(shè)備和管道組成件的材料均與氫相容，主體材料為奧氏體不銹鋼304、316L，管材供貨狀態(tài)為固溶、酸洗鈍化。
（4）液氫外容器的安全泄放裝置采用保險(xiǎn)器，可反復(fù)使用。即使夾層真空度喪失，保險(xiǎn)器彈出后也可復(fù)位。
（5）氫氣排放方向、場(chǎng)所的要求：氫氣排放位置高于供電部件200 mm以上。
在液氫儲(chǔ)氫系統(tǒng)工作時(shí)，液氫須換熱蒸發(fā)為常溫氫氣后再供應(yīng)至燃料電池。
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氫能源新材料行業(yè)深度報(bào)告
而相關(guān)新材料，如上游制氫環(huán)節(jié)以及下游用氫環(huán)節(jié)使用的質(zhì)子交換膜、中游環(huán)節(jié)的儲(chǔ)氫用高強(qiáng)度碳纖維等，也將迎來(lái)快速發(fā)展的機(jī)遇期。
二、儲(chǔ)氫需求助推碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展
隨著氫氣需求的不斷提高，氫氣的儲(chǔ)存成為了很大的問題，而氫氣儲(chǔ)運(yùn)面臨的難題是氫氣自身的特點(diǎn)導(dǎo)致的，氫氣易燃易爆炸，在空氣中的體積濃度一旦介于 4.0%到 75.6%之間，遇火就會(huì)發(fā)生爆炸，因此目前氫氣在中國(guó)屬于受管制的危化品。而要保障氫氣在儲(chǔ)藏和運(yùn)輸之間的安全性，工程師給出了三個(gè)解決方案：即液態(tài)儲(chǔ)氫、氣態(tài)儲(chǔ)氫以及固體氧化物儲(chǔ)氫。 目前液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫存在成本較高，且尚未形成產(chǎn)業(yè)化的問題，因此本文重點(diǎn)考慮氣態(tài)儲(chǔ)氫的情形；
高壓氫氣瓶儲(chǔ)氫是目前最主要的氣態(tài)儲(chǔ)氫方式：目前高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫瓶有四種類型，Ⅰ型是傳統(tǒng)的純鋼制金屬瓶，Ⅱ型是鋼制內(nèi)膽碳纖維纏繞瓶，Ⅲ型是鋁內(nèi)膽碳纖維纏繞瓶，Ⅳ型 是塑料內(nèi)膽碳纖維纏繞瓶。其中Ⅰ型、Ⅱ型價(jià)格相對(duì)便宜，但儲(chǔ)氫密度低，重量重且容易發(fā)生氫脆問題，目前 20MPa 的Ⅰ型瓶在國(guó)內(nèi)得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用，并與 45MPa 鋼制氫瓶、98MPa 鋼帶纏繞式壓力容器組合應(yīng)用于加氫站中。而Ⅲ型、Ⅳ型車載應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，國(guó)外多是 70MPa 的碳纖維纏繞Ⅳ型瓶，而國(guó)內(nèi)由于高強(qiáng)度碳纖維工藝尚不成熟，Ⅳ型儲(chǔ)氫瓶的大規(guī)模 商用化尚待時(shí)日，目前主要是 35MPa 碳纖維纏繞Ⅲ瓶；
儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂恚航陙?lái)，隨著儲(chǔ)氫瓶需求的不斷增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出一批儲(chǔ)氫瓶的制造企業(yè)。
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儲(chǔ)氫技術(shù)
目前，氫氣的儲(chǔ)存主要有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固體儲(chǔ)氫三種方式、高壓氣態(tài)儲(chǔ) 氫已得到廣泛應(yīng)用，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫在航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用，有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫 尚處于示范階段。
氣態(tài)儲(chǔ)氫。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫具有充放氫氣速度快、容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)階段 主要的儲(chǔ)氫方式，氛圍高壓氫瓶和高壓容器兩大類。其中鋼制氫瓶和鋼制壓力容器技 術(shù)最為成熟，成本較低。20MPa 鋼制氫瓶已得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用，并于 45MPa 鋼制 氫瓶、98MPa 鋼帶纏繞式壓力容器組合應(yīng)用于加氫站中。碳纖維纏繞高壓氫瓶的開 發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫瓶由固定式應(yīng)用向車載儲(chǔ)氫應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。70MPa 碳纖 維纏繞 4 型瓶已經(jīng)是國(guó)外燃料電池乘用車車載儲(chǔ)氫的主流技術(shù)，35MPa 碳纖維纏繞 3 型瓶目前仍是我國(guó)燃料電池商用車的車載儲(chǔ)氫方式，70MPa 碳纖維纏繞 3 型瓶已 少量用于我國(guó)燃料電池乘用車中。
液態(tài)儲(chǔ)氫。液態(tài)儲(chǔ)氫具有儲(chǔ)氫密度高等優(yōu)勢(shì)，可分為低溫液態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液體儲(chǔ) 氫。低溫液態(tài)儲(chǔ)氫將氫氣冷卻至-253℃，液化儲(chǔ)存于低溫絕熱液氫罐中，儲(chǔ)氫密度可 達(dá) 70.6kg/m3，但裝置一次性投資較大，液化過程中能耗較高，儲(chǔ)存過程中有一 定 的蒸發(fā)損失，其蒸發(fā)率與處請(qǐng)關(guān)注容積有關(guān)，大儲(chǔ)罐的蒸發(fā)率遠(yuǎn)低于小儲(chǔ)罐。國(guó)內(nèi)產(chǎn) 能液氫已在航天工程中成功使用，民用缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
有機(jī)液體儲(chǔ)氫利用某些不飽和有機(jī)物（如烯烴、炔烴或芳香烴）與氫氣進(jìn)行可逆 加氫和脫氫反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存，加氫后形成的液體有機(jī)氫化物性能穩(wěn)定，安全性高， 儲(chǔ)存方式與石油產(chǎn)品相似。但存在著反應(yīng)溫度較高、脫氫效率較低、催 化劑易被中 間產(chǎn)物毒化等問題。國(guó)內(nèi)已有燃料電池客車車載儲(chǔ)氫示范應(yīng)用案例。
固體儲(chǔ)氫。固態(tài)儲(chǔ)氫是以金屬氫化物、化學(xué)氫化物或納米材料等作為儲(chǔ)氫載體， 通過化學(xué)吸附和物理吸附的方式實(shí)現(xiàn)氫的存儲(chǔ)。
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氫氣儲(chǔ)存主要分為物理儲(chǔ)存和化學(xué)儲(chǔ)存，如圖1所示，常見的方法有低溫液化儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、吸附儲(chǔ)氫、金屬合金儲(chǔ)氫、水合物儲(chǔ)氫等。低溫液化需要在常壓下將氫氣降溫到20 K，液化1 kg氫氣需要消耗15.2 kWh的電能，相當(dāng)于儲(chǔ)存氫氣能量的30%。同時(shí)儲(chǔ)運(yùn)過程中對(duì)于容器的絕熱性能要求極高，成本較高。高壓儲(chǔ)氫則是在常溫下將氣態(tài)的氫壓縮至高壓狀態(tài)儲(chǔ)存在氣罐中，應(yīng)用比較廣泛，成本低。吸附儲(chǔ)氫是利用材料與氫氣分子間的相互作用將氫氣吸附到固體物質(zhì)載體中，這在一定程度上限制了儲(chǔ)存容量；金屬合金儲(chǔ)氫條件較為溫和，但需要高溫進(jìn)行釋氫，因此需要額外的能量供給。
圖1 儲(chǔ)氫技術(shù)示意圖
籠型水合物是一種在特定溫度和壓力條件下形成的非化學(xué)計(jì)量晶體化合物，主體水分子通過氫鍵形成籠型結(jié)構(gòu)，客體分子與水分子之間的范德華力使客體分子填充到空籠中形成穩(wěn)定的物質(zhì)。常見的客體分子有烷烴類氣體、二氧化碳、四氫呋喃、氫氣等。基于籠型水合物具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要有天然氣儲(chǔ)運(yùn)、二氧化碳捕獲、海水淡化、氣體分離、儲(chǔ)氫等技術(shù)。水合物儲(chǔ)氫作為一種固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)，發(fā)展相對(duì)較晚，但因其儲(chǔ)氫釋氫過程完全可逆、分子形式儲(chǔ)存、相對(duì)高的單位儲(chǔ)氫量、安全性高、不易爆等特點(diǎn)被視為21世紀(jì)氫能儲(chǔ)存最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。
早期，研究人員認(rèn)為氫氣分子尺寸太小，不能形成水合物。直到1993年，Vos等首次發(fā)現(xiàn)在壓力0.75 GPa和3.1 GPa，溫度為295 K的情況下可以形成氫氣水合物，推翻了氫氣分子不能穩(wěn)定存在于水合物籠中的猜測(cè)。
展開 我國(guó)氫燃料電池要攻關(guān)哪些核心材料和技術(shù)？
圖 2 主要國(guó)家在氫燃料電池方面的研發(fā)重心分布
圖 3 氫燃料電池代表性企業(yè)的研發(fā)重心布局
在儲(chǔ)氫方面，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)在國(guó)內(nèi)外獲得普遍使用，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫在國(guó)外有較大發(fā)展，而國(guó)內(nèi)暫限于民用航空領(lǐng)域的小范圍使用。
液氨、甲醇、氫化物、液體有機(jī)氫載體（LOHC）儲(chǔ)氫在國(guó)外已有成熟產(chǎn)品和項(xiàng)目應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)仍處于小規(guī)模實(shí)驗(yàn)階段。催化劑、GDL 等關(guān)鍵零部件或材料處在研究與小規(guī)模生產(chǎn)階段，批量化產(chǎn)品的可靠性、耐久性還需要長(zhǎng)期驗(yàn)證，主要技術(shù)為國(guó)外公司所掌握。中山大洋電機(jī)股份有限公司、思科渦旋科技（杭州）有限公司、上海漢鐘精機(jī)股份有限公司等國(guó)內(nèi)企業(yè)，均處于氫氣循環(huán)泵的產(chǎn)品研發(fā)驗(yàn)證階段，部分公司已實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品供貨。碳紙、碳布是制備 GDL 的關(guān)鍵材料，基礎(chǔ)材料是碳纖維；我國(guó)碳纖維研制從 20 世紀(jì) 80 年代中期才開始，目前尚處于小規(guī)模生產(chǎn)階段，生產(chǎn)的碳纖維很難同時(shí)滿足電堆對(duì)于低電阻、高滲透性、機(jī)械強(qiáng)度大等的要求，與國(guó)外高性能碳纖維材料相比仍有較大差距。上海河森電氣公司、上海濟(jì)平新能源科技公司均有小批量的碳紙生產(chǎn)能力。我國(guó)已將碳纖維列為重點(diǎn)支持的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，相關(guān)技術(shù)在產(chǎn)業(yè)政策扶持下有望加速發(fā)展。
石墨 BPs已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，金屬BPs實(shí)現(xiàn)小批量供貨，但耐久性、可靠性有待繼續(xù)檢驗(yàn)
；相關(guān)研究單位或企業(yè)有中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、武漢理工大學(xué)、新源動(dòng)力股份有限公司、國(guó)鴻氫能科技有限公司、上海弘楓實(shí)業(yè)有限公司等。上海重塑能源科技有限公司、上海捷氫科技有限公司、新源動(dòng)力股份有限公司等氫燃料電池電堆供應(yīng)商，產(chǎn)品功率達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，建成了自動(dòng)化生產(chǎn)線；金屬 BPs 電堆功率密度達(dá)到 3.8 kW/L，可在 –30 ℃低溫條件下自啟動(dòng)，完成6000h實(shí)車工況耐久性測(cè)試。
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