科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

氢能作为二次能源以其资源丰富、燃烧值高、经济性好、可再生等优点被认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。铝内胆纤维全缠绕高压氢气瓶（以下简称铝胆缠绕氢气瓶）具有承压能力高、质量轻、耐腐蚀性强等优良性能，在氢能利用系统中具有广阔的应用前景。目前，氢能在轿车、客车、摩托车和商业船等交通工具上的应用已经成为焦点，对解决国际上所面临的“能源短缺”和“环境污染”这两大难题有重要意义。采用铝内胆全缠绕气瓶已成为学术界和工业界在高压储氢气瓶领域的主要研究方向。

需解决的主要技术难题

（1）研究碳纤维增强非金属内胆压力容器线型-结构-工艺一体化设计、多自由度非测地线稳定缠绕工艺、缠绕作业轨迹规划与优化、高精度张力控制及高效缠绕等关键技术。 （2）研制用于碳纤维增强非金属内胆压力容器的多工位、多自由度非测地线智能缠绕成型装备，实现具有更高结构效率的碳纤维容器高效、低成本成型。 （3）将非测地线缠绕线型设计及兼顾线型-结构-工艺的一体化方法与高精度张力控制、精准铺放/展纱工艺有机融合与集成，实现碳纤维增强非金属内胆压力容器智能制造。

期望实现的主要技术目标

技术指标：具有多自由度非测地线缠绕线型-结构-工艺一体化设计功能，形成碳纤维增强非金属内胆压力容器高精度张力控制、精确铺放/展纱稳定缠绕工艺。缠绕工位不低于3工位，缠绕轨迹定位精度不低于±***，张力控制精度不低于±***，纱线铺放精度不低于±***。 经济指标：研制成功碳纤维增强非金属内胆压力容器智能缠绕装备，预计每套售价200-400万元人民币，成本较国外同类产品低40%-50%，项目期内实现产值增加2000万元。

需求解析

解析单位：“科创中国”黑龙江科技服务团（黑龙江省科学技术协会） 解析时间：2022-12-07

黄建华

哈尔滨工业大学

教授

综合评价

高端碳纤维材料进口依赖，国产化率未来有望提升。氢气瓶的核心技术，除了金属阀门及各类传感器之外，主要是外层高效、低成本碳纤维及缠绕成型。氢气瓶的外层缠绕，会对碳纤维及其复合材料产生革命性影响。目前，日本、美国等国家对高端碳纤维技术形成垄断，国内储氢瓶厂商需要进口，导致储氢瓶生产成本短期难以大幅下降。随着国内技术的不断突破及产业集中度的提高，进口依赖问题有望逐步缓解

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