高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前最為成熟且廣泛應(yīng)用的儲(chǔ)氫方式，主要通過高壓儲(chǔ)氣瓶來實(shí)現(xiàn)氫氣的儲(chǔ)存和釋放。根據(jù)材質(zhì)的不同，目前以商業(yè)化的高壓儲(chǔ)氫瓶分為四種：全金屬氣瓶（Ⅰ型）、金屬內(nèi)膽纖維環(huán)向纏繞氣瓶( Ⅱ型) 、金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶( Ⅲ型) 、非金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶( Ⅳ型)。
其中，以金屬/塑料作為內(nèi)膽，外層使用碳纖維進(jìn)行包覆的Ⅲ型、Ⅳ型氣瓶，在滿足儲(chǔ)氫瓶高安全性要求的同時(shí)，具有重容比小、單位質(zhì)量儲(chǔ)氧密度高等優(yōu)點(diǎn)，目前已在氫燃料電池汽車上廣泛使用。
作為復(fù)合材料儲(chǔ)氫瓶的承力層，碳纖維是高壓儲(chǔ)氫瓶制造的關(guān)鍵材料，其成本和性能對(duì)儲(chǔ)氫瓶的成本和使用性能影響重大。根據(jù)美國能源局（DOE）的研究成果，碳纖維復(fù)合材料的成本占到儲(chǔ)氫瓶成本的 60%以上。未來，高性能低成本的大絲束將成為儲(chǔ)氫瓶用碳纖維的發(fā)展方向。
目前，高壓儲(chǔ)氫瓶用碳纖維主要采用 T700級(jí)及以上規(guī)格，從生產(chǎn)企業(yè)來看，日本和美國企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位。不過，近年來國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，目前中復(fù)神鷹、光威復(fù)材等國產(chǎn)碳纖維企業(yè)已開始進(jìn)入高壓儲(chǔ)氫氣瓶市場(chǎng)，在大絲束碳纖維國產(chǎn)化方面也取得了新的進(jìn)展。
隨著高壓儲(chǔ)氫瓶用碳纖維的需求不斷增長及國產(chǎn)碳纖維品質(zhì)的不斷提升，該領(lǐng)域的碳纖維應(yīng)用前景廣闊。預(yù)計(jì)2025 年國內(nèi)氫氣瓶碳纖維總需求達(dá)0.56 萬噸，年復(fù)合增長率為82.9%，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)9.07 億元。
下面，我們來看一下目前儲(chǔ)氫瓶用碳纖維生產(chǎn)企業(yè)都有哪些。
一、東麗
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作為全球領(lǐng)先的碳纖維制造商，東麗生產(chǎn)的碳纖維長期占據(jù)了全球III型、IV型高壓儲(chǔ)氣瓶用碳纖維的主導(dǎo)地位，TORAYCA? 特有的輕質(zhì)、高強(qiáng)度和高剛性使其非常適合用于高性能高壓儲(chǔ)氣罐，例如用于儲(chǔ)存氫氣的儲(chǔ)氣罐，型號(hào)主要有T700、T800、T720等。
https://www.cf-composites.toray/cn/markets/energy/fuelcell/pressure.html
圖 使用東麗高強(qiáng)高模T800SC-24000-10E的70MPa車用Type3儲(chǔ)氫瓶
圖 東麗TORAYCA? 碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域
二、帝人東邦
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帝人東邦特耐克絲是世界領(lǐng)先的碳纖維制造商，1975 年開始量產(chǎn)聚丙烯腈系碳纖維“TENAX”，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、土建工程、能源、醫(yī)療、體育用品等領(lǐng)域，在可再生能源領(lǐng)域的應(yīng)用包括大型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片、輕質(zhì)儲(chǔ)氫罐及管道的開發(fā)等。
https://www.teijincarbon.com/applications/energy
三、美國Zoltek
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Zoltek是全球領(lǐng)先的工業(yè)級(jí)大絲束碳纖維和碳纖維中間產(chǎn)品供應(yīng)商，創(chuàng)立于1975年，2013年被東麗收購。其大絲束碳纖維PAN EX35在汽車工業(yè)、風(fēng)能、土木工程、能源、體育用品、石油和天然氣、壓力容器等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
在壓力容器領(lǐng)域，在III型瓶應(yīng)用上，由于PAN EX35碳纖維與標(biāo)準(zhǔn)模量航空級(jí)T300、T700級(jí)碳纖維相比，拉伸模量具有小幅度優(yōu)勢(shì)，且其絲束規(guī)格為50k，因此采用較少量纖維既能滿足高壓氣瓶所需高抗爆破強(qiáng)度。
而在IV型瓶應(yīng)用上，PAN EX35碳纖維經(jīng)過長絲纏繞工藝優(yōu)化，以及開發(fā)出專有配方提高了纖維分散性，可使纖維性能轉(zhuǎn)換率高達(dá)90-95%，顯著高于東麗T700轉(zhuǎn)化率的70-75%。
官網(wǎng)：https://zoltek.com/pan-based-carbon-fiber/
圖 Zoltek大絲束碳纖維PAN EX35主要性能指標(biāo)
四、德國SGL
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西格里碳素是全球領(lǐng)先的碳素石墨材料及相關(guān)產(chǎn)品制造商之一，擁有從碳石墨產(chǎn)品到碳纖維及碳碳復(fù)合材料在內(nèi)的完整生產(chǎn)線，碳纖維產(chǎn)品在汽車、航空航天、風(fēng)能及壓力容器制造等許多工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
西格里公司生產(chǎn)的碳纖維主要為PAN基碳纖維，而且以50K規(guī)格的大絲束碳纖維為主，按照碳纖維拉伸模量分為兩類，分別是標(biāo)準(zhǔn)模量碳纖維和先進(jìn)模量碳纖維。
官網(wǎng)：https://www.sglcarbon.com/
圖 SGL 標(biāo)準(zhǔn)模量碳纖維和先進(jìn)/高模量碳纖維牌號(hào)及性能
圖 采用SIGRAPREG?碳纖維預(yù)浸紗纏繞增強(qiáng)的壓力容器
五、臺(tái)塑集團(tuán)
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臺(tái)塑碳纖維TAIRYFIL屬聚丙烯腈(PAN系)碳纖維，與樹脂親和性良好，可與各種熱固型、熱塑型樹脂結(jié)合制成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，尤其與環(huán)氧樹脂具有非常良好的黏合性及加工性，復(fù)合材料應(yīng)用上可快速、任意成型制成各種成品，廣泛應(yīng)用于風(fēng)電葉片、汽車、電纜芯、高壓氣瓶、運(yùn)動(dòng)用品、建筑補(bǔ)強(qiáng)、抽油桿、碳碳復(fù)材、航天等領(lǐng)域。
用于CNG和氫氣的Ⅲ類和Ⅳ類壓力容器的碳纖維材料有TC36P-12K/24K、TC42S-12K/24K、TC780-12K/24K。
https://www.tairyfilcarbonfiber.com/pressure-vessels
圖 臺(tái)塑碳纖維TAIRYFIL產(chǎn)品規(guī)格及應(yīng)用領(lǐng)域
六、上海石化
上海石化是國內(nèi)較早研發(fā)碳纖維并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)，2012年開始生產(chǎn)12K小絲束碳纖維，2022年10月萬噸級(jí)48K大絲束碳纖維首套國產(chǎn)線開車成功。上海石化48K大絲束碳纖維的投產(chǎn)，有望推動(dòng)儲(chǔ)氫成本的下降。
此外，上海石化還在自主研發(fā)碳纖維用于纏繞氣瓶的制造工藝技術(shù)，其中，35Mpa氣瓶已通過檢測(cè)，未來將考慮形成一定規(guī)模的氣瓶生產(chǎn)能力。同時(shí)，上海石化積極布局碳纖維在儲(chǔ)氫領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)，包括三型、四型瓶相關(guān)技術(shù)的開發(fā)，都取得了較大突破。
官網(wǎng)：www.sinopecgroup.com
七、韓國曉星
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曉星高新材料自2008年開始開發(fā)碳纖維，2010年成功研發(fā)出H2550型碳纖維，2013年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)高強(qiáng)度中彈性碳纖維“TANSOME?。目前，曉星規(guī)?；a(chǎn)的H2550型碳纖維已廣泛應(yīng)用高壓儲(chǔ)氣瓶、線芯材料、太陽能隔熱材料、體育用品等領(lǐng)域。
近兩年，為了應(yīng)對(duì)車用儲(chǔ)能（車載壓力容器、加氫站、氫能源運(yùn)輸?shù)龋┦袌?chǎng)對(duì)碳纖維需求的不斷增長，曉星不斷擴(kuò)大碳纖維產(chǎn)能，計(jì)劃到2028年為止，將目前6,500噸規(guī)模的年產(chǎn)能提高到24,000噸（10條線）。
http://www.hyosungadvancedmaterials.com/cn/business/carbon_material.do
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2021年4月，曉星高新材料（株）與韓華思路信（株）簽署協(xié)議，約定從2021年起連續(xù)6年向?qū)Ψ焦?yīng)用于加固氫燃料汽車燃料罐的高強(qiáng)度碳纖維，總規(guī)模約1,600億韓元；
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2021年5月，曉星宣布在全州工廠增設(shè)第三條 2,500 噸/年的生產(chǎn)線，到 2022年7 月，全州工廠碳纖維產(chǎn)能將達(dá)到 6,500 噸/年。此前，曉星于2020年將產(chǎn)量從2000噸/年擴(kuò)大到4000噸/年；
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2022年3月，為滿足對(duì)生態(tài)友好型汽車燃料（如氫氣和天然氣）日益增長的儲(chǔ)存需求，曉星宣布將投資 469 億韓元將其位于全州的主要工廠的碳纖維年產(chǎn)能擴(kuò)大 2500 噸至 9000 噸，新產(chǎn)線預(yù)計(jì)2023年4月投產(chǎn)；
八、三菱化學(xué)
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三菱化學(xué)是同時(shí)制造PAN基碳纖維、Pitch基碳纖維的制造商，提供包括超高強(qiáng)度(MR70 12P)、超高模量( K13D2U )產(chǎn)品在內(nèi)的多種高質(zhì)量碳纖維絲束，以及使用了碳纖維的中間材料及成型加工制品，實(shí)現(xiàn)了世界首屈一指的完整產(chǎn)業(yè)鏈。
在氫燃料汽車材料方面，三菱化學(xué)提供廣泛且種類繁多的結(jié)構(gòu)性輕質(zhì)材料和粘合劑，適用于CNG和氫燃料汽車壓力容器和載體，可滿足最苛刻的碰撞和機(jī)械性能要求，其中就包括儲(chǔ)氫罐用碳纖維Pyrofil?。
官網(wǎng)：https://www.m-chemical.co.jp/carbon-fiber/cn/case/pressure/
圖 碳纖維Pyrofil?產(chǎn)品規(guī)格
九、中復(fù)神鷹(688295)
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中復(fù)神鷹成立于2006年，是國內(nèi)碳纖維行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)之一，系統(tǒng)掌握了T700級(jí)、T800級(jí)、M30級(jí)、M35級(jí)千噸級(jí)技術(shù)以及T1000級(jí)、M40級(jí)百噸級(jí)技術(shù)，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了干噴濕紡的關(guān)鍵技術(shù)突破和核心裝備自主化，建成了國內(nèi)首條千噸級(jí)干噴濕紡碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空航天、壓力容器、碳碳復(fù)材、風(fēng)電葉片、交通建設(shè)、體育休閑等領(lǐng)域。
在壓力容器方面，中復(fù)神鷹產(chǎn)品主要用于天然氣和氫氣儲(chǔ)罐、高壓儲(chǔ)氣罐、壓縮天然氣燃料罐、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域，是國內(nèi)最早布局車載儲(chǔ)氫瓶用碳纖維的企業(yè)，也是目前國內(nèi)在車載儲(chǔ)氫瓶領(lǐng)域碳纖維供貨量最多的企業(yè)。
官網(wǎng)：http://www.zfsycf.com.cn/
圖 中復(fù)神鷹碳纖維產(chǎn)品及其在儲(chǔ)氫罐上的應(yīng)用展示
十、光威復(fù)材（300699）
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威海光威復(fù)合材料股份有限公司成立于1992年，隸屬于威海光威集團(tuán)，是致力于高性能碳纖維及復(fù)合材料研發(fā)和生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)。公司以高端裝備設(shè)計(jì)制造技術(shù)為支撐，形成了從原絲開始的碳纖維、織物、樹脂、高性能預(yù)浸材料、復(fù)合材料制品的完整產(chǎn)業(yè)鏈布局，是目前國內(nèi)碳纖維行業(yè)生產(chǎn)品種齊全、生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)業(yè)鏈完整的龍頭企業(yè)之一。
據(jù)悉，光威復(fù)材采用干濕法處理工藝進(jìn)行生產(chǎn)的T700S/T800S級(jí)碳纖維，可用于生產(chǎn)儲(chǔ)氫瓶在內(nèi)的高壓氣瓶、光伏用碳碳復(fù)材等產(chǎn)品，滿足國產(chǎn)替代需求。目前，光威復(fù)材已經(jīng)開始向車載儲(chǔ)氫瓶企業(yè)供貨。
官網(wǎng)：https://www.gwcfc.com/index.php
十一、吉林化纖
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吉林化纖股份有限公司碳纖維現(xiàn)有原絲產(chǎn)能1.6萬噸/年、碳絲產(chǎn)能2000噸/年，目前正在建設(shè)碳纖維原絲及碳絲擴(kuò)能項(xiàng)目，全部建成后原絲總產(chǎn)能5萬噸/年、碳絲總產(chǎn)能8000噸/年，碳纖維原絲產(chǎn)品規(guī)格涵蓋1K、3K、6K、12K、12S、24K、25K、35K、48K、50K等規(guī)格，特別是24K—50K大絲束的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軍工、航空航天、體育休閑、汽車、壓力容器、風(fēng)電等各個(gè)領(lǐng)域的全覆蓋。
官網(wǎng)：http://www.jlhxjt.com/Home/Index
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2022年7月28日，吉林化纖首條35K高壓氣瓶纏繞專用大絲束碳化線一次開車成功開車成功，具有高比強(qiáng)度、高比模量、毛羽少等優(yōu)良特性，力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)可達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先的T700等級(jí)。該條碳化線單線年產(chǎn)能在3000噸以上，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率同比提高10%。
圖 吉林化纖35K高壓氣瓶纏繞專用大絲束碳化線開工
十二、長盛科技（原中安信）
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長盛（廊坊）科技有限公司始建于2011年，原名中安信科技有限公司，2021年重組，主要研發(fā)、生產(chǎn)碳纖維及其復(fù)合材料制品，產(chǎn)品已在高端技術(shù)裝備制造業(yè)、新能源汽車、壓力容器、高端體育用品等高端工業(yè)和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
目前已實(shí)現(xiàn)了ZA50X-12K/24K、ZA50G-12K/24K、ZA55X-12K/24K、ZA60X等高強(qiáng)碳纖維的穩(wěn)定批量生產(chǎn)，并具備生產(chǎn)ZA60X-12K和ZAM40X、ZAM35J、ZAM40J、ZAM46J、ZAM50J等高強(qiáng)高模石墨化碳纖維產(chǎn)品的能力，且ZA70G-12K和ZAM55J已實(shí)現(xiàn)工藝定型并開始工程化試制，全部產(chǎn)品基本覆蓋了國際同類高性能碳纖維產(chǎn)品系列，并且率先研發(fā)出ZA70G。
官網(wǎng)：http://www.csstgroup.com/
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1月12日上午，長盛科技與彼歐集團(tuán)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，就高性能碳纖維的長期供應(yīng)建立合作，雙方還將共同開發(fā)新型纖維，進(jìn)一步優(yōu)化高壓容器和氫氣應(yīng)用集成存儲(chǔ)系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)。
十三、赫氏公司(Hexcel)
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赫氏是美國最大的碳纖維生產(chǎn)公司，也是美國軍工航空碳纖維的主要供應(yīng)商。赫氏的 HexTow? 碳纖維，是世界最先進(jìn)的航空航天和工業(yè)應(yīng)用的首選碳纖維。工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，Hexcel碳纖維的新興市場(chǎng)是氫壓力容器和壓縮天然氣（CNG）罐。此外，Hexcel復(fù)合材料也被用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，如飛輪。
官網(wǎng)：https://www.hexcel.com/
十四、恒神股份
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江蘇恒神股份有限公司創(chuàng)建于 2007 年，產(chǎn)品覆蓋從原絲、碳纖維、上漿劑、織物、液體樹脂、粘接劑、預(yù)浸料、碳纖維復(fù)合材料零件、航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件，廣泛用于民用航空、海洋裝備、風(fēng)電、光伏、氫能壓力容器、軌道交通、汽車、建筑補(bǔ)強(qiáng)、體育休閑用品等領(lǐng)域。
江蘇恒神股份有限公司目前具有5條單線千噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線，可年產(chǎn)5000噸各類型碳纖維。產(chǎn)品型號(hào)包括高強(qiáng)碳纖維如：HF20系列（T300級(jí)）、HF30系列（T700級(jí)）、HF40系列（T800級(jí)）、HF50系列（T1000級(jí)）及高強(qiáng)高模HM系列。產(chǎn)品規(guī)格包括：1K、3K、6K、12K、24K和50K 等。
官網(wǎng)：https://www.hscarbonfibre.com/
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恒神股份在高交會(huì)展示了采用恒神HF30F-24K/EM308TOWPREG預(yù)浸絲干法纏繞氫氣瓶，具有纖維體積含量高（可達(dá)75%以上），產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)小，產(chǎn)品一致性好，纏繞速度快，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本與濕法纏繞相當(dāng)?shù)葍?yōu)勢(shì)，可用作乘用車、公交車、動(dòng)車用氫氣瓶。
圖 恒神HF30F-24K/EM308TOWPREG預(yù)浸絲干法纏繞氫氣瓶應(yīng)用
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