能源的開發(fā)和利用是人類文明發(fā)展至今的核心之一，常規(guī)能源如煤炭、石油、天然氣等對(duì)人類文明的延續(xù)起到了至關(guān)重要的作用，但這些能源的大肆使用會(huì)伴隨一些負(fù)面效果，如全球變暖、資源枯竭過(guò)快等。因此才有了對(duì)新能源開發(fā)和利用的相關(guān)技術(shù)的誕生，其中氫能源是較為環(huán)保的一種，但如何存儲(chǔ)氫能源是一個(gè)需要解決的問(wèn)題，科學(xué)家們利用智慧和知識(shí)，提出了儲(chǔ)氫瓶的解決方案。儲(chǔ)氫瓶的制造需要解決壓力過(guò)大的問(wèn)題，制造的材料需要千挑萬(wàn)選，而碳纖維復(fù)合材料就是當(dāng)下比較可靠的一種。
　　
熱塑性碳纖維或可提升儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)能和效率
 
　　在“雙碳”政策驅(qū)動(dòng)下，綠色氫能正在成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體，作為氫儲(chǔ)運(yùn)的關(guān)鍵裝備，儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)外碳纖維龍頭企業(yè)紛紛競(jìng)逐氫儲(chǔ)運(yùn)藍(lán)海，布局壓力容器應(yīng)用市場(chǎng)，碳纖維在該領(lǐng)域的需求加速上升。碳纖維，又名“黑色黃金”，具備低密度、高強(qiáng)高模、耐高溫等特性，同時(shí)擁有高導(dǎo)熱性、耐腐蝕、低熱膨脹系數(shù)等功能性優(yōu)勢(shì)，因此成為航空航天、壓力容器、風(fēng)電葉片、交通運(yùn)輸、3C電子等領(lǐng)域的理想材料，用以制作高性能儲(chǔ)氫瓶非?？煽?。
　　
　　碳纖維在儲(chǔ)氫瓶中的應(yīng)用
　　
　　氫儲(chǔ)罐有幾十年的發(fā)展歷史，剛開始是鋼制的，后來(lái)開始向碳纖維復(fù)合儲(chǔ)氫罐轉(zhuǎn)變。復(fù)合儲(chǔ)氫瓶由內(nèi)到外包括襯里材料、過(guò)渡層、纖維纏繞層、外保護(hù)層、緩沖層。氫儲(chǔ)罐充氣周期可能較長(zhǎng)，氫在高壓下滲透性強(qiáng)，因此氫儲(chǔ)罐襯里材料應(yīng)具有良好的屏障功能，以確保大部分氣體儲(chǔ)存在容器中。因此，由于與氫的良好相容性和耐腐蝕性，鋁合金材料的低密度和高比強(qiáng)度可以使氣瓶更輕，鋁合金材料也具有良好的導(dǎo)熱性能，在事故燃燒時(shí)將熱量傳遞到閥門熔融合金塞，在高熱條件下熔化安全泄壓，防止爆炸。
　　
熱塑性碳纖維或可提升儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)能和效率
 
　　儲(chǔ)氫瓶用碳纖維市場(chǎng)份額介紹
　　
　　2022年全球碳纖維市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到43.86億美元，同比增長(zhǎng)29.0%，全球碳纖維需求為13.5萬(wàn)噸，相比2021的11.8萬(wàn)噸增長(zhǎng)14.4%。在“雙碳”政策驅(qū)動(dòng)下，壓力容器市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，2022年全球壓力容器需求達(dá)到1.48萬(wàn)噸，較去年增長(zhǎng)34.5%，細(xì)分市場(chǎng)中占比11.0%，預(yù)計(jì)到2030年，全球壓力容器需求將超過(guò)8萬(wàn)噸，增長(zhǎng)趨勢(shì)強(qiáng)勁。
　　
　　2022年3月，東麗2023-2025年中期管理計(jì)劃項(xiàng)目AP-G2025發(fā)布，公司明確將進(jìn)一步加強(qiáng)氫能領(lǐng)域（如高壓儲(chǔ)氣瓶、碳紙等）用碳纖維業(yè)務(wù)，持續(xù)擴(kuò)大碳纖維及其復(fù)合材料業(yè)務(wù)板塊的投資并提高其預(yù)期營(yíng)收。據(jù)東麗預(yù)測(cè)：2022-2025年壓力容器用碳纖維需求量年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到42%，2025年該領(lǐng)域碳纖維需求量突破2萬(wàn)噸。
　　
　　2022年，中國(guó)氣瓶碳纖維用量約0.6萬(wàn)噸，其中儲(chǔ)氫瓶占比接近一半，未來(lái)壓力容器用碳纖維的增長(zhǎng)點(diǎn)也將出現(xiàn)在儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)。隨著國(guó)家大力推動(dòng)氫燃料電池和汽車的發(fā)展，儲(chǔ)氫瓶領(lǐng)域潛力巨大，碳纖維在該領(lǐng)域的需求加速上漲。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)和德邦證券測(cè)算：截止到2022年底我國(guó)氫燃料電池車保有量約為1.23萬(wàn)輛，根據(jù)規(guī)劃2025年目標(biāo)達(dá)到5萬(wàn)輛，年復(fù)合增長(zhǎng)率接近60%。2025年，若儲(chǔ)氫氣瓶碳纖維需求量占比增至50%，則碳纖維需求量有望達(dá)1.27萬(wàn)噸。
　　
熱塑性碳纖維或可提升儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)能和效率
 
　　熱塑性碳纖維或可提升儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)能和效率
　　
　　目前全球用于制造儲(chǔ)氫瓶的碳纖維多為熱固性碳纖維復(fù)合材料，因此制備難度較低，產(chǎn)能較大，可以短期內(nèi)生產(chǎn)出較多符合使用的碳纖維儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)品。熱固性碳纖維復(fù)合材料中，碳纖維部分提供物理性能，熱固性樹脂更多的承擔(dān)維持物理形態(tài)的作用，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和精確的加工，該類型碳纖維儲(chǔ)氫瓶的使用效果還是非常出色的。
　　
　　想要提高碳纖維儲(chǔ)氫瓶的性能上限，可以從碳纖維、樹脂、設(shè)計(jì)和制造這幾個(gè)方向進(jìn)行改進(jìn)。其中碳纖維可以升級(jí)成強(qiáng)度更高的T700、T800等，而樹脂部分可以由原先的熱固性樹脂升級(jí)為熱塑性樹脂，設(shè)計(jì)和制造方案的改進(jìn)需要依托材料和需求來(lái)變化。
　　
　　將熱固性樹脂替換為熱塑性樹脂，制成熱塑性碳纖維復(fù)合材料，綜合性能較熱固性碳纖維有所提升，但制備難度更高，該類型碳纖維復(fù)合材料或?qū)⒊蔀樘祭w維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在，同時(shí)也可以提升碳纖維儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)品和行業(yè)的進(jìn)步，促使該產(chǎn)品的產(chǎn)能和使用效率的大幅提升。
　　
　　就目前來(lái)看，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的制備難度較高，國(guó)內(nèi)外能夠完成熱塑性碳纖維復(fù)合材料單向帶研發(fā)的企業(yè)并不多，想要切實(shí)提升碳纖維儲(chǔ)氫瓶行業(yè)的提速還需要時(shí)間。智上新材料作為國(guó)內(nèi)為數(shù)不多可獨(dú)立完成熱塑性碳纖維單向帶的廠家，認(rèn)為國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)還停留在熱固性碳纖維階段，想要真正過(guò)度到熱塑性碳纖維階段，還需要5-10年的努力。這不僅是碳纖維技術(shù)的發(fā)展要趨于成熟，同時(shí)碳纖維的應(yīng)用市場(chǎng)也要逐漸完善。