“黑色黄金”碳纤维具备低密度、高强高模、耐高温等特性，同时拥有高导热性、耐腐蚀、低热膨胀系数等功能性优势，因此成为航空航天、压力容器、风电叶片、交通运输、3C电子等领域的理想材料。氢能，资源丰富、低碳环保、燃烧值高，是21世纪最具发展潜力的绿色能源之一。在“双碳”政策驱动下，绿色氢能正在成为全球能源转型发展的重要载体，作为氢储运的关键装备，储氢瓶市场规模不断扩大，国内外碳纤维龙头企业纷纷竞逐氢储运蓝海，布局压力容器应用市场，碳纤维在该领域的需求加速上升。
储氢瓶的分类
储氢瓶是氢燃料电池的核心存储装备，根据美国机械工程师协会（ASME）和国际标准化组织（ISO）的分类，压力容器共分为5种类型，分别为I型全金属气瓶、Ⅱ型复合材料环向缠绕气瓶、Ⅲ型复合材料全缠绕气瓶、IV塑料内胆复合材料全缠绕气瓶以及Ⅴ型无内胆复合材料全缠绕气瓶。其中，I型、Ⅱ型瓶主要应用于固定式场景；Ⅲ型、IV型瓶因其轻质、高抗压性、耐热性等特点，可扩展到移动式车载应用中，二者均有35 MPa和70 MPa两种规格型号，目前国内35 MPa碳纤维缠绕III瓶已实现产业化，对于IV型瓶的碳纤维缠绕工艺尚不成熟；V型瓶仍处于研发阶段，未实现商业化。以下为各类储气瓶的性能比较及市场分布。
表1 储氢瓶的分类及应用领域：
表格信息来源：复材云集
纤维缠绕成型工艺
纤维缠绕工艺是储氢瓶制备过程中的重要环节，主要分为湿法缠绕、干法缠绕和干湿法法缠绕。
1、湿法缠绕：首先将碳纤维丝束进行浸渍处理，再在张应力控制下直接缠绕于芯模上。该方法生产成本低，是高压储氢瓶最常见的缠绕工艺。但易出现树脂滴漏问题，同时碳纤维和树脂比例难调控，产品质量稳定性不高。
2、干法缠绕：以复合后的预浸带为原料，在缠绕机上加热软化为粘流态，缠绕到芯模上。由于已形成预浸带，基体与增强体中纤维比例控制良好，整体生产环境整洁，缠绕速度快。
图1 干法缠绕工艺示意图：
图片来源：国盛证券
3、干湿法缠绕：干法缠绕和湿法缠绕相结合，先将浸渍后的碳纤维进行烘干处理，再缠绕至芯模。该方法操作方便，制品中气泡含量低。
储氢瓶用碳纤维生产企业（排名不分先后）
日本东丽：东丽作为全球领先的碳纤维制造商，在III型、IV型高压储气瓶用碳纤维领域占据主导地位，其碳纤维产品型号包括T700、T800、T720等。
三菱化学：三菱化学为氢燃料汽车提供多种结构性轻质材料，应用于压力容器和载体，其中就包括储氢瓶用碳纤维Pyrofil?。
德国西格里：SGL是全球领先的碳素石墨材料及相关产品制造商，其碳纤维产品在航空航天、风电叶片及压力容器等工业领域广泛应用。其中，包括压力容器用碳纤维SIGRAPREG?。
韩国晓星：针对车载压力容器、加氢站及氢能运输等市场对碳纤维需求的不断增长，晓星继续扩大碳纤维产能。今年2月，《晓星碳材料(江苏)有限公司年产26400吨碳材料项目建设项目用地预审与选址意见书》在徐州新沂市自然资源和规划局网站公示，标志着晓星开始布局中国碳纤维市场，瞄向国内储气瓶领域，预测将与国内碳纤维企业展开竞争。
台湾台塑：台塑集团生产的PAN基碳纤维可与多种树脂复合，制成不同类型的成品。公司用于Ⅲ型、IV型瓶的碳纤维包括TC36P-12K/24K、TC42S-12K/24K、TC780-12K/24K等。
光威复材：光威复材通过干湿法处理工艺生产的碳纤维产品可用于高压气瓶的制造，以满足国产替代需求。目前，公司T700s/800s/1000级碳纤维在氢能领域都有应用。
吉林化纤：吉林化纤拥有单线效率最高、规格排号最全的碳纤维生产基地，已基本实现对军工、空天、体育、汽车、压力容器、风电等领域的全覆盖。2022年，公司首条35K高压气瓶缠绕专用大丝束碳化线一次开车成功。
江苏恒神：公司产品覆盖航空、能源装备、压力容器、交通运输、体育休闲等领域。采用恒神HF30F-24K/EM308TOWPREG预浸丝干法缠绕氢气瓶，其纤维体积含量超过75%，产品质量稳定性高，同时具备生产优势，可用于车载储氢瓶。
上海石化：随着48K大丝束碳纤维首套国产线顺利开车，碳纤维储氢瓶制造成本将进一步下降。同时，上海石化正自主研发碳纤维用于缠绕气瓶的制造工艺技术，考虑形成一定规模的气瓶生产能力。
中复神鹰：中复神鹰长期专注于高性能碳纤维研究，且优先布局压力容器应用市场，与国内外各主要气瓶厂家产生协同效应。目前公司产品在国内储氢气瓶领域占比已达80%，其T700级、T800级碳纤维均已应用在储氢气瓶领域，其中70 MPa III型瓶组被应用于国内唯一实现批量市场示范运营的氢燃料电池乘用车。
储氢瓶用碳纤维市场
2022年全球碳纤维市场规模达到43.86亿美元，同比增长29.0%，全球碳纤维需求为13.5万吨，相比2021的11.8万吨增长14.4%。在“双碳”政策驱动下，压力容器市场增长迅速，2022年全球压力容器需求达到1.48万吨，较去年增长34.5%，细分市场中占比11.0%，预计到2030年，全球压力容器需求将超过8万吨，增长趋势强劲。
图3 历年全球压力容器碳纤维需求及发展趋势：
图片来源：《2022全球碳纤维复合材料市场报告》
2022年3月，东丽2023-2025年中期管理计划项目AP-G 2025发布，公司明确将进一步加强氢能领域（如高压储气瓶、碳纸等）用碳纤维业务，持续扩大碳纤维及其复合材料业务板块的投资并提高其预期营收。据东丽预测：2022-2025年压力容器用碳纤维需求量年复合增长率将达到42%，2025年该领域碳纤维需求量突破2万吨。
去年，中国气瓶碳纤维用量约0.6万吨，其中储氢瓶占比接近一半，未来压力容器用碳纤维的增长点也将出现在储氢瓶市场。随着国家大力推动氢燃料电池和汽车的发展，储氢瓶领域潜力巨大，碳纤维在该领域的需求加速上涨。根据中汽协数据和德邦证券测算：截止到2022年底我国氢燃料电池车保有量约为1.23万辆，根据规划2025年目标达到5万辆，年复合增长率接近60%。2025年，若储氢气瓶碳纤维需求量占比增至50%，则碳纤维需求量有望达1.27万吨。
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