碳纤缠绕金属内胆复合材料高压储氢容器是一种金属与非金属材料相复合的高压容器，其结构为金属内衬外缠绕多种纤维固化后形成增强结构。
纤维缠绕方式有环向缠绕和纵向缠绕两种。第二代高压储氢容器采用了环向缠绕方式，通过在铝内胆环向缠绕复合材料可以将其车过载能力提高1倍，但储氢罐的压力一般不超过20MPa。为了提升高压复合储氢罐的承压能力和质量储氢密度，第三代高压储氢容器采用了环向缠绕和纵向缠绕相结合的方式。
高压储氢容器内衬的基本要求是抗氢渗能力强，且具备良好的抗疲劳性。一般金属的密度较大，考虑到成本、降低容器的自重和防止氢气渗透等多方面原因，金属内衬多采用铝合金，典型牌号如6061。根据美国DOT-CFFC标准，内衬材料主要有如下规定：
必须为无缝柱体，铝合金6061制造，回火条件T6；
可以由冷挤压或热挤压和冷拉制成，也可以由挤压管道和冲模的或者旋转的封头制成；
测试前，所有的铝合金6061柱体必须进行固溶热处理和老化热处理，且必须用统一性能的材料制造内衬；
内衬外表面必须防止不同的材料（铝和碳纤维）接触导致的电化学腐蚀。
纤维缠绕层可以选择碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维等。以碳纤维为例，日本东丽公司的T700碳纤维的主要技术参数为：抗拉强度σb＝4900MPa，弹性模量E ＝240GPa，延伸率 δ ＝2.0%。密度d＝1.78g/cm³。环氧树脂常被用作碳纤维的基体，其特点为：
固化收缩率低，仅1％-3%；
固化压力低，基本无挥发成分；
粘接好；
固化后的树脂具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性能和电绝缘性能；
环氧树脂可用于制造各种纤维增强复合材料，特别适用于制造碳纤维增强复合材料。
纤维缠绕金属内衬复合材料高压储氢容器根据各部分材料的选择、储氢量和压力要求、厚度设计方案等。最后确定的系统储氢密度是不同的。以70MPa常温下的25L碳纤维增强铝内衬高压储氢容器为例，其系统质量储氢密度为5.0%。
为了进一步减轻高压储氢容器的自重，提高系统储氢密度，同时降低成本，将金属内衬替换为塑料内衬，其他结构和制造工艺与金属内衬复合材料压力容器基本相同，发展出了第四代全复合塑料高压储氢容器。这种复合塑料高压储氢容器的制造难度较大。
复合材料一般为高密度聚乙烯，20世纪90年代初布伦瑞克公司就成功研发出了该产品。这种材料使用温度范围较宽，延伸率高达700%，冲击韧性和断裂韧性较好。如添加密封胶等添加剂，进行氟化或硫化等表面处理，或用其他材料通过共挤作用的结合，还可提高气密性。目前，美国、加拿大、日本等国家都已掌握70MPa复合储氢罐技术。
2015年丰田Mirai汽车上市，其70MPa高压储氢罐采用三层结构复合材料内衬，内层是密封氢气的塑料内衬，中层是确保耐压强度的碳纤维强化树脂层，表层是保护表面的玻璃纤维强化树脂层。
Mirai的储氢罐的轻量化瞄准的是中层。中层采用的是对含浸了树脂的碳纤维施加张力使之卷起层叠的纤维缠绕工艺，通过特殊的缠绕方法减少了纤维的缠绕圈数，使碳纤维强化树脂层的用量比原来减少了40％。Mirai的70MPa高压储氢罐的质量储氢密度达到5.7%，体积储氢密度约40.8kg/m³。
全复合塑料储氢容器的质量储氢密度可以达到10%左右，如美国Quantum公司开发的70MPa全复合塑料储氢容器，其系统质量储氢密度已高达13.36%。
金属内衬和塑料内衬复合材料高压储氢容器仅仅是内衬材料不同，其他结构和制造工艺基本是一致的。两种内衬材料各有自己的适用范围。传统复合材料高压容器使用金属内衬（通常选用铝合金），外层用高强纤维复合材料通过横向＋纵向，或螺旋等方式缠绕制成。金属内衬高压容器技术是从金属压力容器逐渐演变来的，已有几十年的历史。
塑料内衬复合材料高压容器开发的目的是在金属内衬基础上进一步降低容器的自重，并降低成本，内衬材料通常选用高密度聚乙烯（HDPE）。
金属内衬以铝合金为例，塑料内衬以高密度聚乙烯为例，两种内衬材料的优劣势对比如下：
铝内衬的优势：
一般铝合金内衬采用旋压成型，整体结构无缝隙，可防止渗漏；
由于气体不能透过铝合金内衬，因此带该类内衬的气瓶可长期储存气体，无泄露；
在铝合金内衬外采用复合材料缠绕层后，施加的纤维张力使内衬有很高的压缩应力，因此大大提高了气瓶的气压循环寿命；
铝合金内衬在很大的温度范围内都是稳定的。高压气体快速泄压时温降高达35℃以上，而铝合金内衬可不受此温度波动的影响；
对复合材料气瓶而言，采用铝合金内衬稳定性好，抗碰撞。一般地，铝合金内衬比塑料内衬的抗损伤能力强得多。
铝合金内衬劣势：
复合材料用铝内衬通常很贵，其价格取决于规格；
新规格内衬研究周期长。
塑料内衬的优势：
成本比金属内衬低；
高压循环寿命长，塑料内衬得复合材料气瓶压力从0到使用条件能工作10万余次；
防腐蚀：塑料内衬比金属内衬更防腐蚀。
塑料内衬的劣势：
易通过接头发生氢气泄露。塑料内衬与金属接头之间很难获得可靠得密封，高压气体分子易浸入塑料与金属结合处。当内部气体迅速释放时，会产生极大得膨胀力。因塑料与金属之间热膨胀系数得差异，随着使用时间延长，金属与塑料间得粘结力将削弱。在载荷不变的条件下，最后塑料也将趋于凸出或凹陷，从而导致氢气泄露；
抗外力能力低。由于塑料结构对纤维缠绕层没有增强或提高刚度的作用，因此，需增强气瓶的外加强曾厚度；
塑料内衬对温度敏感；
塑料内衬刚度低。这使制造过程中容器的变形较大，会增加操作时的附加应力，降低容器的承压能力。
Ⅳ型瓶结构 ▼
选择金属内衬还是塑料内衬的复合材料储氢容器要根据具体的使用条件来确定。但现阶段国内氢能汽车市场，主要以Ⅲ型35MPa氢气瓶为主，Ⅲ型70MPa氢气瓶仅占极少市场份额。而IV型氢气瓶因为法规和标准的限制，目前在国内仍处在禁用阶段，但正在成为研究的热点。
上海富晨可提供定型的低粘度成型环氧用于制作IV型瓶，该类树脂具有良好的工艺性和力学特性，尤其是成型温度可低至80℃。
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复材网与北京机科国创轻量化科学研究院有限公司德州分公司、德州海力达模塑有限公司和德州联合拓普复合材料科技有限公司，将于12月12-14日在山东•德州举办 “ 第十二届新能源及复合材料新技术、新材料、新装备产业化发展论坛暨工厂现场演示培训会”。
北京天海氢能装备有限公司总工程师岳增柱作《IV型车载储氢气瓶关键技术与应用》，期待大家一起聆听！
报告题目
IV型车载储氢气瓶关键技术与应用
报告大纲
氢能作为一种清洁、高效、安全可持续的新能源，是全球能源转型中最佳的碳中和能源之一，是人类的战略能源发展方向。安全经济的氢气储运技术是氢能利用推向实用化、产业化的关键。从技术成熟度、成本、储氢密度等几方面综合评估来看，现阶段最适宜的储氢技术仍是高压气态储氢。目前35MPa气态储氢主要应用于商用车，70MPa气态储氢主要应用于乘用车，其他方式储氢尚未批量应用。国内部分企业已经实现IV型储氢气瓶的关键技术突破，产品在氢能商用车领域实现批量应用，目前关键原材料的国产化亟需提升。
大会日程
【闭门会】
新能源汽车与复合材料产业发展对接交流会（定向邀请）
零重力航空工业公司 联合创始人兼总师 朱清华
新能源汽车复合材料发展现状及规模化制造关键技术
中国汽车工业协会 汽车新材料分会秘书长 东华大学 副研究员 孙泽玉
奇瑞新能源汽车（iCAR）复合材料的应用与问题探讨
奇瑞新能源汽车股份有限公司 非金属材料主管师 方超
茶歇
新能源汽车复材轻量化趋势分析
极氪汽车 材料工艺主管 王定
IV型车载储氢气瓶关键技术与应用
北京天海氢能装备有限公司 总工程师 岳增柱
新能源汽车充电桩行业复合材料的应用案例分享
万帮数字能源股份有限公司 （星星充电） 结构部总监 桂明
午餐
午餐地点：1楼自助餐厅
国外高性能碳纤维的最新动态及国内碳纤维行业的发展趋势分析
中国科学院宁波材料技术与工程研究所 高级工程师 钱鑫博士
商用车轻量化发展趋势及材料开发实践
福田汽车工程研究总院 轻量化业务经理 王博
复合材料边框在光伏组件中的发展趋势与案例分享
莱茵技术（上海）有限公司 项目经理 洪天翔
新能源产业复合材料测试评价技术简析
北玻院检测中心 总经理 国家玻璃钢制品质量检验检测中心主任 教授级高工 杨德旭
茶歇
eVTOL 机体结构设计与制造关键技术探讨
HRC 航空结构设计高级经理 赵小斌
高性能复合材料柔性模压成形关键共性技术及成套装备
中国机械总院轻量化院德州分公司 副总经理 朱祥东
碳碳预制体数智化研究及规模化制造关键技术
江苏江拓力杨新材料科技有限公司 总经理助理/研发工程师 李硕同
复合材料成形装备及其自动化发展现状
天津市天锻压力机有限公司 正高级工程师 碳纤维研发部部长 武健
克劳斯玛菲新能源汽车相关应用介绍
上海克劳斯玛菲机械有限公司 销售经理 刘宗洋
“双碳”背景下纤维增强复合材料的研究与展望
日本京都工艺纤维大学 博士 副教授 张志远
欢迎晚宴
5楼富豪厅
●北京机科国创轻量化科学研究院有限公司德州分公司
●德州海力达模塑有限公司
●德州联合拓普复合材料科技有限公司
▶第12届新能源及复合材料新技术、新材料、新装备产业化发展论坛暨工厂现场演示培训会
▶2025法国巴黎复合材料展览会
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