Высокая плотность хранения водорода является одним из важных технологических барьеров на пути к коммерциализации водородной энергетики, напрямую влияя на эффективность, экономичность и коммерческую привлекательность водородных топливных элементов для автомобилей. В настоящее время в таких странах, как Япония, Южная Корея, США и страны Европы, уже налажено серийное производство баллонов IV типа для водородных топливных элементов, плотность хранения водорода в которых достигает более 5,5% масс., а в Китае, из-за различных факторов, на рынке по-прежнему преобладают баллоны III типа с плотностью хранения водорода всего 3,9% масс. Однако по мере роста масштабов рынка водородных топливных элементов, совершенствования национальных стандартов и правил, а также благодаря прорывам китайских компаний в области технологий баллонов IV типа за последние несколько лет, ситуация начинает меняться.

　　Недавно компания Weishi Energy добилась прорыва в разработке своего второго поколения 70 МПа-57 л баллонов IV типа, плотность хранения водорода в которых достигла 6,1% масс., что превышает целевой показатель Министерства энергетики США (DOE) на 2025 год в 5,5% масс. и превосходит показатели аналогичных продуктов ведущих мировых брендов, достигая мирового уровня. Баллоны в основном предназначены для бортовых систем хранения водорода в легковых автомобилях с водородными топливными элементами.

　　Одновременно с этим, учитывая потребности рынка в различных сценариях и для различных типов клиентов, компания Weishi Energy параллельно продвигает весь модельный ряд баллонов IV типа, рабочее давление которых составляет 35 МПа и 70 МПа, включая модели с различными характеристиками, такие как 70 МПа-23 л и 35 МПа-210 л. Показатель плотности хранения водорода в некоторых коммерческих баллонах IV типа может достигать 6,8% масс. Все модели характеризуются 100% независимой разработкой ключевых технологий, 100% использованием отечественных ключевых материалов (таких как углеродное волокно) и основных комплектующих (таких как вентили, внутренние емкости и т.д.), что позволило снизить общую стоимость на 20%. Кроме того, они обладают преимуществами в плане легкости, долговечности и безопасности. В ближайшее время начнутся продажи, будет доступна разработка индивидуальных продуктов, которые широко подойдут для легковых и коммерческих автомобилей (тяжелые грузовики, автобусы, рефрижераторы), судов и других сценариев и областей.

　　С технической точки зрения, чем выше давление, тем выше требования к общим характеристикам баллона и таких ключевых компонентов, как вентили, тем сложнее обеспечить герметичность, предотвратить просачивание, обеспечить работу в экстремальных температурах, усталостную прочность при воздействии водорода, надежность и безопасность. В частности, по мере расширения демонстрационных сценариев и масштабов применения водородных топливных элементов и расширения областей применения предъявляются все более высокие требования к характеристикам баллонов IV типа.

　　В процессе разработки баллонов IV типа компания Weishi Energy, учитывая потребности клиентов в различных условиях эксплуатации и особенности водорода как среды, а также функциональные и структурные характеристики системы хранения водорода, в полной мере использует свои преимущества в области ключевых технологий хранения водорода. Благодаря многочисленным вариантам проектирования и экспериментальной проверке, сосредоточившись на применении «новых материалов, новых технологий и новых технологий», компания последовательно преодолевает ряд ключевых технологических проблем в области баллонов IV типа.

　　Разработка новых материалов: преодоление ограничений с самого начала

　　Компания Weishi Energy сосредоточилась на разработке и применении ключевых материалов, сотрудничая с рядом известных китайских университетов, научно-исследовательских институтов и партнеров по цепочке поставок. Основное внимание уделяется решению таких проблем, как водонепроницаемость материала внутренней емкости, склонность к вздутию, изгибу и обрушению внутренней емкости во время выпуска, контроль химического состава и термической обработки аэрокосмического алюминиевого сплава, обработка препрегов из углеродного волокна и характеристики сопутствующих смол. Поэтапное решение этих «узких мест» позволяет избавиться от зависимости от импорта ключевых материалов и высоких затрат.

　　На сегодняшний день компания Weishi Energy добилась успехов в разработке и применении ключевых общих технологий, включая выбор высокомолекулярных материалов для внутренней емкости, высокопрочных новых волоконных препрегов и рецептур сопутствующих смол. Это обеспечивает высокую механическую прочность, стабильность качества и импортозамещение баллонов для хранения водорода, что имеет важное научное значение и практическую ценность.

　　Инновационный конструктивный дизайн: повышение надежности продукции

　　Выбор новых материалов, безусловно, важен, но для того, чтобы действительно обеспечить стабильность, согласованность и применимость качества баллонов для хранения водорода, необходим научный конструктивный дизайн.

　　Конструкция соединительного узла металлического седла клапана и клапана в области горловины отказалась от традиционной сложной конструкции из нескольких компонентов. Благодаря независимой разработке внутренней емкости, конструкции уплотнения седла клапана и интерфейсному дизайну, удалось реализовать интегрированное «прямое соединение». Металлическое седло клапана имеет облегченную конструкцию, плавные кривые внешнего вида и торцевой части внутренней емкости, что учитывает взаимодействие седла клапана и композитного материала из углеродного волокна при внешнем ударе, обеспечивая защиту от скольжения и вращения. С помощью программного обеспечения для анализа методом конечных элементов достигнута максимально облегченная конструкция при соблюдении научного коэффициента безопасности. Вес на 40% меньше, чем у конкурентов, а инновационное решение для высокоэффективного уплотнения снижает риск утечки и просачивания водорода, повышая безопасность продукции.

　　Кроме того, при проектировании укладки углеродного волокна используются научные методы проектирования, такие как генетические алгоритмы и программное обеспечение для имитационного моделирования, оптимизирующие угол намотки и порядок укладки, что позволяет максимально использовать прочность и эластичность препрегов из углеродного волокна, обеспечивая устойчивость к давлению и надежность баллонов для хранения водорода в течение всего срока службы водородного автомобиля.

　　Революционная технология «сухой намотки»: содействие снижению затрат и повышению эффективности в отрасли

　　На основе выбора новых материалов и нового конструктивного дизайна компания Weishi Energy смело внедряет инновации в технологическом процессе производства. В области технологии формования внутренней емкости используется технология литья под давлением и сварки, которая в настоящее время редко применяется в Китае, что позволяет достичь высокого уровня однородности толщины и стабильности размеров внутренней емкости.

　　Кроме того, компания впервые разработала технологию «сухой намотки» препрегов, что позволяет контролировать коэффициент рассеивания показателей свойств продукции в пределах 2-3%, повысить эффективность намотки более чем на 80% по сравнению с мокрым методом, сократить время отверждения на 30%, а срок службы при испытаниях на усталость составляет более 44 000 циклов. При достижении цели снижения веса это дополнительно обеспечивает коэффициент использования прочности углеродного волокна, прочность на разрыв и согласованность срока службы при циклическом воздействии давления, эффективно решая такие ключевые проблемы, как складки и изгибы внутренней емкости, значительно повышая плотность хранения водорода, производительность и качество. Кроме того, в процессе намотки отсутствуют такие явления, как каплеобразование и протекание клея, что делает производственную среду более благоприятной и обеспечивает эффективную поддержку данных и опыт работы для последующего массового производства и поставок на рынок.

　　В настоящее время компания Weishi Energy завершила испытания второго поколения баллонов IV типа, включая испытания на огнестойкость, долговечность и эксплуатационные характеристики. Строительство производственной линии близится к завершению, а работа по оценке «трех новых» (новых материалов, новых технологий и новых процессов) находится в процессе. По имеющимся данным, это еще одно важное научно-техническое достижение компании Weishi Energy в области хранения и транспортировки водорода, после разработки клапанов для хранения водорода под давлением 70 МПа, взявшей за основу решение «узких мест» в технологии. Это свидетельствует о том, что компания обладает возможностями проектирования, разработки и производства комплексных систем хранения водорода и ключевых компонентов, от разработки продукции до ее применения, что позволит расширить свою цепочку поставок и рынки сбыта, удовлетворяя растущий спрос на рынок хранения и транспортировки водорода под высоким давлением, предоставляя клиентам отрасли более профессиональные, качественные и экономически эффективные решения, способствуя ускорению импортозамещения оборудования для хранения водорода и открывая новые возможности для снижения затрат и повышения эффективности.

　　В настоящее время, благодаря реализации политики демонстрационных городов водородных топливных элементов и влиянию зимних Олимпийских игр в Пекине, Китай переходит к IV типу, и рынок постоянно расширяется. В 2023 году Китай, вероятно, начнет внедрять национальный стандарт на баллоны для хранения водорода IV типа, что может сделать его крупнейшим в мире рынком автомобильных баллонов для хранения водорода, и национализация неизбежна. В этом процессе повышение комплексных характеристик баллонов для хранения водорода IV типа за счет технологических прорывов, а также снижение затрат на рынке и масштабное применение будут постоянно испытывать всю отрасль.

　　В преддверии «бури» на рынке баллонов для хранения водорода IV типа компания Unishi Energy первой решила проблему высокой плотности хранения водорода, добившись реальных результатов в инновациях ключевых технологий отрасли, способствуя национализации, индустриализации и снижению затрат на рыночное применение, что придало мощный импульс водородной энергетике и научно-техническим группам, вступающим в новую фазу развития.