随着全球对清洁能源的需求和投入日益增长，氢能作为一种来源丰富、绿色环保、清洁高效、应用广泛的二次能源，具备高燃烧热值、可再生、无污染、利用形式多样、安全性好等诸多优点，正逐渐成为各国能源技术革命和应对气候变化的重要抓手。在氢能系统中，高压储氢气瓶的作用相当于"能源的蓄水池"，它们负责安全、有效地存储氢气，以提供持续的动力供应。
目前，最常见的储氢技术有：高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。其中，高压气态储氢技术最为成熟，其依靠低成本、充放氢速度快、能耗低、结构简单等优点，成为国内主推的储氢技术。
现阶段已商业化的高压储氢气瓶中，I型瓶由金属钢构成，而II型瓶主要采用金属材料，但外层缠绕玻璃纤维复合材料。相比之下，III型、IV型瓶主要使用碳纤维增强塑料材料制成，其中III型瓶的内胆为金属材质，而IV型瓶的内胆则为塑料材质。这两种类型储氢瓶都是通过外部缠绕碳纤维增强塑料加工而成，主要包含4大关键技术：
碳纤维储氢瓶，图源：百度
1、碳纤维/树脂基体之间的界面连接技术
高压储氢瓶必须具备优秀的抗压性和防爆性，这对复合材料界面技术提出了更高的要求。碳纤维与树脂基体之间的界面是决定复合材料性能的关键因素，而界面脱粘是导致复合材料失效的主要因素之一。由于碳纤维的拉伸强度和拉伸模量显著高于树脂基体，当碳纤维作为主承力结构材料时，其界面作用能够将外部载荷有效地从树脂基体转移到碳纤维上。
2、碳纤维缠绕成型技术
纤维缠绕技术主要分为三类：湿法纤维缠绕工艺、干丝缠绕工艺、半干式纤维缠绕工艺。
湿法缠绕工艺的装置相对简单，对碳纱的要求并不严格，可以使用从1K到24K不同规格，但更重的纱线可以带来更高的卷绕效率。湿法工艺使用的树脂是液态的，因此需要特别注意控制树脂的液化时间、流动性、纱线的张力以及树脂的含水量和湿度。
干丝缠绕工艺需要用树脂预浸料连续碳纤维粗纱后，在一定温度下加热一定时间除去溶剂，使树脂从A阶段到B阶段，制成预浸料纱线或预浸料带。在缠绕过程中，这些预浸料将直接缠绕到机器中的指定位置上，这个过程称为干丝缠绕。
与湿法缠绕相比，半干式纤维缠绕工艺增加了干燥步骤。与干式工艺相比，半干式的干燥时间更短，碳纤维的干燥度也较低，可以在室温条件下进行缠绕。在这个过程中，织物首先被树脂浸泡，然后进行干燥和缠绕，减少了对设备和预浸料碳织物的依赖。与湿法工艺相比，半干式缠绕提高了产品质量和合格率，是目前性价比最高的加工方法。
3、高强韧、耐疲劳的高性能树脂基体制备技术
碳纤维储氢气瓶的树脂基体必须具备足够的力学强度和韧性，以满足气瓶的使用需求。同时，考虑到气瓶在反复充气和放气的过程中容易产生疲劳损伤，因此需要高强韧、耐疲劳的树脂体系，以保障气瓶的使用寿命。在湿法缠绕成型过程中，所选用的树脂基体不仅要满足上述性能要求，还应当在工作温度下具备较低的初始粘度，并保持较长的适用期。
环氧树脂因其出色的力学性能和耐热性能，以及简易的固化工艺和较大的改性空间，适用于湿法缠绕工艺体系。环氧树脂来源广泛、成本合理，能够适应不同纤维界面的要求。国内对环氧树脂的研究已相当成熟，能够生产出符合不同应用条件的树脂体系，并通过NOL环测试来评估树脂基体与纤维之间的粘接性和应力传递能力。
4、复合材料层的优化
碳纤维复合材料层的层厚、缠绕角度、叠层顺序以及纤维缠绕技术等因素，都会直接影响到复合材料氢储存容器的承压能力和疲劳性能。当前，研究人员正在努力优化复合材料层的设计，以降低复合容器的成本和重量，同时提升其爆裂压力和疲劳寿命。
来源：云奇新材料
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