為應對氣候變化挑戰，航空領域急需向低碳甚至零碳技術轉型。氫能源被視為未來航空動力的理想選擇，其燃燒產物僅為水，幾乎不產生溫室氣體排放。儲氫瓶作為儲存氫氣的核心設備，需要具備高儲氫密度、輕量化、高安全性等特點；同時，儲氫瓶還需要具備較大的儲氫容量。目前，實現氫能源在航空領域的廣泛應用，還面臨諸多技術難題，其中高效、安全的儲氫技術是關鍵環節。復合材料由于其獨特的性能優勢，在航空儲氫瓶的研發和制造中得到了越來越廣泛的應用。

來源：榮格復材技術

國家發展改革委、國家能源局聯合研究制定的《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》提到，到2025年，我國將形成較為完善的氫能產業發展制度政策環境……初步建立以工業副產氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應體系。

 

復合材料憑借其獨特的性能優勢，在航空儲氫瓶領域已取得了顯著的應用成果，成為推動氫能源航空發展的關鍵技術之一。工信部發布了《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2024 年版）》，其中包含儲氫氣瓶用碳纖維復合材料。具體無人機用燃料電池氫氣瓶工作壓力≥35MPa，使用壽命5年，質量儲氫密度 7.0%。將其納入重點新材料目錄，有助于集中資源進行技術攻關，推動儲氫氣瓶用碳纖維復合材料的國產化進程，提高材料性能，降低成本，對于促進我國氫能產業特別是儲氫領域的發展具有重要意義。

 

市場規模方面，預計2025年中國工業無人機市場規模將破1200億元。氫能無人機有望2025年開啟初步商業化，2030年中國市場規?；虺?40億元，2023 - 2030年CAGR高達110.7%。

 

然而，目前在材料性能、成本和安全標準等方面仍面臨諸多挑戰。未來，隨著材料創新、制造工藝優化、智能化技術的應用以及標準化法規的完善，復合材料在航空儲氫瓶領域將迎來更廣闊的發展空間。

 

復合材料在航空儲氫瓶領域的發展趨勢

 

未來，復合材料在航空儲氫瓶領域的發展將聚焦于材料創新，以進一步提升性能。一方面，將研發新型高性能纖維和樹脂基體材料。例如，開發更高強度、更高模量且具有更好抗氫滲透性能的碳纖維，以及具有優異耐熱性、耐化學腐蝕性和粘結性能的新型樹脂基體。通過分子設計和材料合成技術的創新，使纖維和樹脂基體在微觀層面實現更好的協同作用，提高復合材料的綜合性能。

 

另一方面，納米復合材料、智能復合材料等新型復合材料將為航空儲氫瓶的性能提升提供新的思路。納米復合材料可以通過納米尺度的增強相來提高儲氫瓶的力學性能和氫氣密封性能；智能復合材料則可以根據環境變化自動調整儲氫瓶的性能，提高其安全性和可靠性。

 

隨著物聯網、傳感器等技術的發展，未來航空儲氫瓶將向智能化方向發展，具備結構健康監測功能。在儲氫瓶的復合材料結構中集成各種傳感器（如光纖傳感器、應變片傳感器等），實時監測儲氫瓶在使用過程中的應力、應變、溫度、壓力等參數，以及復合材料的損傷情況。通過數據分析和處理，及時發現潛在的安全隱患，并進行預警和維護。

 

為促進復合材料航空儲氫瓶的廣泛應用，全球范圍內將加快標準化和法規完善的進程。各國將加強合作，制定統一的安全標準和規范，涵蓋儲氫瓶的設計、制造、檢測、認證以及使用維護等各個環節。標準的統一將有助于規范市場，提高產品質量和安全性，降低企業研發和制造成本，促進技術的交流與推廣。

 

同時，法規部門將加強對復合材料航空儲氫瓶的監管力度，確保其在整個生命周期內符合安全要求。通過完善的法規體系，為氫能源在航空領域的安全、可持續發展提供保障。

 

航空儲氫瓶的設計通常采用內膽加復合材料纏繞層的結構。內膽主要用于儲存氫氣并防止其泄漏，材料一般為金屬（如鋁合金）或高性能聚合物（如聚乙烯）。金屬內膽具有良好的氣密性和抗氫脆性能，但重量相對較大；聚合物內膽重量較輕，但在氣密性和強度方面需要通過特殊設計和工藝來保證。

 

復合材料纏繞層是儲氫瓶承受壓力的主要部分。通過在內膽外纏繞不同角度和層數的纖維增強復合材料，可使儲氫瓶在各個方向上獲得良好的力學性能。目前常用的纏繞工藝有濕法纏繞、干法纏繞和半干法纏繞。

應用案例與成果

目前，一些航空科研機構和企業已經在復合材料航空儲氫瓶的研發和應用方面取得了一定成果。例如，遼寧通用航空研究院開發的飛機儲氫瓶項目，成功研制出兩個高性能纖維材料、鋁合金內襯145L容積的儲氫瓶，各項性能指標滿足設計要求，為后續氫動力飛機的研究提供了重要支撐。

此外，國產氫動力垂直起降固定翼無人機DJ2采用了配套中材科技(蘇州)有限公司定向研發的12L輕質鋁合金內膽碳纖維纏繞儲氫氣瓶。結合氫燃料電池，它的飛行時間超5.5小時，飛行距離超500公里，相對傳統無人機使用效率得到大幅提升。

這類無人機專用高壓儲氫鋁內膽全纏繞氣瓶，也恰恰是氫燃料電池無人機供氫系統的關鍵儲能裝置。中材科技（蘇州）目前擁有1.5L-20L無人機專用氣瓶產品，并可根據客戶需求進行個性化定制。與韓國斗山、浙江氫航等國內外知名無人機廠商合作，其中超輕系列氣瓶重量能達到常規系列的50%。有效解決了低空經濟發展面臨的“續航焦慮”。

國外也有一些應用案例。英國國家復合材料中心（NCC）太空液氫存儲罐演示器，長750毫米，直徑450毫米，儲液容量超過96升。該存儲罐采用碳纖維復合材料主體，材料質量僅8公斤，具有進一步優化減重的設計。美國航空航天工程研發公司GTL與多家公司合作開發的超輕液氫存儲罐，長2.4米，直徑1.2米，重12公斤，帶裙板和真空杜瓦瓶殼，整個系統重67公斤，但可容納150公斤以上的液態氫，儲存率至少達到50%，比目前最先進的復合儲氫罐高出10倍，此存儲罐用于雙發螺旋槳支線民機。