储氢瓶内胆的常见问题和发展

氢能作为可再生清洁能源，对构建低碳高效的现代能源体系，实现环境发展目标具有重要意义。为推动我国氢能产业科学发展，国家各部委先后印发《新能源汽车产业发展规划2021‑2035》等文件，形成以交通运输行业为驱动的氢能发展国家战略。

根据现有安全制造材质和工艺，储气瓶一般分为四型。一型瓶(Ⅰ型)是金属储气瓶；二型瓶(Ⅱ型)是金属内胆纤维环向缠绕储气瓶；三型瓶(III型)是金属内胆纤维全缠绕储气瓶；四型瓶(IV型)是非金属类的纤维全缠绕储气瓶。I型、II型、III型储气瓶均存在容量/质量(所容气体量与瓶身质量)比低的缺点。现有I型、II型、III型储气瓶均有内胆，其制作成本高，且目前尚未有使用复合材料通过3D打印机制作全缠绕无内胆储气瓶的方法。 

未来的氢动力汽车需要更轻、更经济的储氢瓶，所涉及的技术挑战和巨大的市场潜力。与使用金属的I、II和III型储气瓶以及使用塑料内胆的IV型储气瓶相比，V型压力容器重量最轻，主要采用碳纤维增强的全复合材料结构，但没有内胆。然而，由于在高压（高达14000 psi/993 bar）下，内胆起到了防止气体和低温液体渗透到复合材料层压板中的屏障作用，因此建造能够可靠运行数千次增压循环的无内胆储气瓶并非易事。

即使有内胆，金属内胆也可能造成严重的问题。研究发现，气瓶疲劳寿命设计的关键在于其金属内衬。在实际使用过程中金属内衬承受的为低周疲劳，而金属内衬在制备过程中或多或少存在凹坑、裂纹等缺陷，在承受载荷的过程中，缺陷位置容易造成应力集中，导致金属内衬提前失效，从而无法充分发挥外层纤维缠绕层高强度的特性，影响最终的使用性能。特别是对于薄壁金属内衬复合材料气瓶，其疲劳及爆破性能对金属内衬的缺陷存在更加敏感。

塑料内胆虽然在高压状况下，循环寿命更长，但塑料内胆与金属接头很难做到密封连接，易发生氢气泄漏。对温度相比金属内胆更加敏感。在一些情况下，缺陷也会导致不良的结果。

无内胆复合材料压力容器有如下诸多好处：

目前在国内，V型瓶的技术目前市场上尚在研究阶段，即使有生产也未形成规模。未来，V型无内胆复合材料压力容器会像金属气瓶一样无处不在。