目前已商业化生产的储氢瓶可分为四种，其中具备长期发展的潜在能力的要属III型（铝内胆碳纤维全缠绕气瓶）和IV型瓶（塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶），两者都适用于车载移动储氢等移动场景，但IV型瓶在轻量化、储氢密度、容积规格等方面性能更优，我们预计后续将作为主流瓶型普遍的应用。国外目前已开始商业化生产和使用70MPa IV型瓶，而我国现阶段仍以35MPa III型瓶的应用为主，但随技术进步、叠加配套政策体系及基础设施逐渐完善，国内也将逐步向70MPa IV型瓶过渡。

  储氢瓶生产流程可大致分为内胆成型和纤维缠绕两个环节，总体来看技术难度较大、工艺参数众多、关键原材料以及装备仍部分依赖进口、精细化生产管理有待提升，存在一定的技术壁垒。储氢瓶当前成本比较高，单瓶售价在2万以上，其成本构成中碳纤维复合材料占比超60%。当下国内储氢瓶所用原材料主要为T700以上小丝束碳纤维，未来若能逐步替换为大丝束碳纤维（国外普遍做法），则有望推动气瓶成本逐步降低。除此之外，IV型瓶的全面启用、大容量气瓶的研制以及产销规模整体扩大也有望推动储氢瓶降本。

  储氢瓶属于特定种类设备，参与企业一定先取得B3级能承受压力的容器特定种类设备制造许可证书，同时其生产的成品也需经国家市场监督管理总局认可的第三方型式试验机构进行十余项型式试验并取得证书才能对外出售。较高的行业准入壁垒造成参与公司数相对较少，2019年主要企业仅5家；近年来随着氢产业链景气度不断攀升，2020、2021年行业分别新增1-2家主流企业，目前头部企业7-8家；同时市场集中度呈下降态势，CR3份额从19年的91.21%下滑至21年的76.95%。

  氢燃料电池汽车为储氢瓶的核心应用场景：随着中央及各地推广应用氢燃料车的政策陆续出台，氢燃料汽车商业化进程将明显加快，支撑储氢瓶及碳纤维需求高增。

  储氢瓶直接下游应用为氢燃料电池，燃料电池可用于道路车辆、轨道交通、航运航空等多种交通运输场景以及发电、储能等其他场景，其中氢燃料电池汽车占据主导地位。现下氢燃料电池汽车仍处于起步阶段，受制于技术、成本和配套设施缺乏等客观因素，早期应用需高度依赖政策支持与政府补贴。2022年3月《氢能产业高质量发展中长期规划（2021-2035年）》出台，明确到25年我国氢燃料车保有量需达到5万辆，我们据此推算出到25年对应碳纤维用量将突破万吨，对应22-25年复合增速超60%。但与此同时，各省市区也在积极制定贴合各地具体经济发展状况的氢燃料汽车产业高质量发展规划，截至目前至少有24个省市区发布了氢能发展的量化目标，据此测算出到25年我国氢燃料车保有量将达到11.2万辆，对应22-25年碳纤维用量将超过5万吨。

  2.2.1氢燃料电池汽车：发展趋势以商用为主，政策大力引导下商业化进程有望提速

  1生产篇：详述储氢瓶的制造工艺及技术难点1.1储氢瓶分类介绍在高压气态储氢中，目前已商业化的高压氢气瓶分为四种（根据储氢瓶材料不同进行划分），分别为纯钢制金属瓶（I型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（II型）、铝内胆纤维缠绕瓶（III型）和塑料内胆纤维缠绕瓶（IV型）四种。其中：1）I型瓶由金属钢组成，是目前四类瓶中重量最大、成本最低、工艺最简单的，适用于压力要求不高的固定应用场景；2）II型瓶采用金属钢材质，外层缠绕玻璃纤维复合材料，材料包裹形式为采用箍圈式对瓶身进行包裹。II型瓶由于瓶身上有复合材料包裹，耐受压力高于I型瓶，但也多应用于固定式能源提供等场景；3）III型瓶内胆为金属（通常为铝合金），但厚度较II型瓶有减薄，外部进行了全瓶身的碳纤维复合材料缠绕，包裹形式为两极铺设或螺旋形铺设。III型瓶重量轻、抗压性能好、适用于氢燃料电池汽车等移动电子设备，目前主要的压力规格为35MPa和70MPa两种，国内现阶段35MPa已实现量产；4）IV型瓶内胆为塑料，瓶身全缠绕碳纤维复合材料，包裹采用两极铺设和螺旋形铺设混合的形式。IV型瓶瓶壁厚度略薄于III型瓶，储气压力则与之一致，最重要的包含35MPa和70MPa两种规格型号，目前国外已投入商业化运用，如日本丰田的Mirai与韩国现代的Nexo均采用了IV型瓶，但国内技术仍有欠缺，尚未达到量产条件。IV型瓶也主要使用在于氢燃料车等移动场景。5）除此之外，目前国外正在研究V型储氢瓶但尚未实现商业化，该气瓶仍然使用碳纤维复合材料缠绕，但不用任何内胆，国内针对V型瓶的研究仍是空白。

  国内储氢瓶市场预计将逐渐向III型70Mpa和IV型70MPa过渡。2020年7月21日，涉及车载高压供氢系统的两项国标修改后正式实施，均将原范围中的工作所承受的压力不超过35MPa修改为70MPa。2021年3月9日《燃料电池电动汽车加氢口》（GB/T26779-2021）最新国家标准正式对外发布，新国标增加了70MPa加氢口尺寸及耐臭氧老化、耐盐雾腐蚀、耐温度循环和兼容性测试等多项技术条目，制约70MPa储氢瓶发展的政策条件已经消除。并且，从储运效率、轻量化、成本等方面出发，IV型瓶相较于III型瓶具备显著优势，未来将成为车载供氢系统的主流规格，1）III型瓶重容比在0.98左右，IV型瓶重容比在0.74左右；2）III型瓶储氢密度为3.9%，IV型瓶储氢密度能够达到5.5%；3）IV型瓶单瓶气体容积可达到375升，可降低总系统复杂性。当前我国还处于35MPa的III型瓶规模化应用和70MPa的III型瓶示范应用阶段，IV型瓶尚未得到大规模推广应用，背后原因一是由于我国氢能及燃料电池产业发展起步较晚，技术水平落后于海外，二是配套基础设施建设缓慢，目前国内加氢站规模较小且以35MPa为主，三是政策及技术标准体系尚未建立完整。后续来看，各方面限制因素将持续改善。伴随着燃料电池汽车的大规模推广，为满足进一步长续驶里程的需求，未来车载储氢瓶规格有望由III型35MPa向III型70MPa或IV型70MPa过渡，逐步与国际技术水平接轨。

  1.2储氢瓶生产工艺流程一般来说储氢瓶的生产可大致分为内胆成型和缠绕固化两个主要工段，共涉及10多道生产工序。总体来讲储氢瓶生产的技术壁垒较高，具体表现在工艺技术难度较大（比如内胆成型技术和纤维缠绕技术）、工艺参数多、装备精准度控制、检验测试技术与装备有待完善、关键原材料以及零部件亟需国产化等方面。

  表3：III 型储氢瓶的生产工艺流程，资料来源：国富氢能招股书，国盛证券研究所；备注：停止点指工序暂停，确认前述工序合格再进行下一道工序；检查点指车间检验人员检查、复核的工序；审核点指该工序的材料，需经过第三方或者监检检查确认；见证点指依照国家特定种类设备法规要求，需当地质监局要现场见证

  表4：IV 型储氢瓶的生产工艺流程，资料来源：《IV 型储氢瓶用复合材料及制备工艺》，国盛证券研究所

  III型瓶内胆多为铝合金，目前国内使用的主流成型工艺为铝管强旋，所谓强旋就是将短厚的毛坯铝筒体套在旋压机的模具上并将其固定，当筒体随机床主轴转动时，用旋轮或赶棒从端头开始挤压筒体坯料，使坯料逐点连续发生塑性变形，变形的结果是毛坯壁厚减薄，内径基本保持不变，而轴向延伸，最终形成符合壁厚及直径尺寸要求的圆筒。该种工艺相对简单，但生产效率较低，尤其是用来加工大容积内胆时成型效率低下。目前国内头部企业有在研究其他更高效的成型方法比如拉深成型，该种工艺优点是生产效率高、产品一致性好、圆周壁厚均匀、纵向垂直度偏差小，缺陷在于可能会影响产品的疲劳寿命，且设备成本比较高；此外也有企业尝试将两种工艺结合使用，比如先拉成筒状体再进行强旋。

  IV型瓶内胆多采用尼龙6、高密度聚乙烯（HDPE）以及PET聚酯塑料等，对应的成型工艺主要为注塑、吹塑和滚塑成型。丰田、现代已量产的IV型瓶均为注塑+焊接工艺，该种成型方式成本低、运用较广泛、但良品率也较低，且必须配合后续的焊接工序。

  纤维缠绕成型也是储氢瓶制备的技术难点之一，目前使用的工艺包括湿法缠绕、干法缠绕和半干法缠绕。1）湿法缠绕是指将碳纤维丝束在特定浸胶装置中浸渍处理后，再在张力控制下直接缠绕到芯模上。由于纤维离开浸渍装置后易于将树脂带出，后道工序中存在树脂滴漏的现象，所以称为湿法缠绕。湿法缠绕工艺生产所带来的成本较低，是目前高压储氢瓶最常用的加工工艺，国内企业基本都采用湿法。但湿法成型下树脂损耗较高，树脂与碳纤维比例难以控制，产品质量及稳定性相对较差。2）干法缠绕是以经过预浸胶处理的预浸带为原料，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。由于预浸带中纤维和树脂含量比例控制较好，产品质量可以精确控制，且树脂不会随处滴，整体生产环境整洁；另外，干法缠绕生产效率高，缠绕设备的速度能达到100-200m/min。目前国外正在慢慢地向干法缠绕工艺过渡，国内未势能源等极个别企业也在研究和尝试干法。此种工艺的缺点在于成本比较高，主要系预浸料及干法缠绕设备购置费用较高。3）干湿法缠绕结合了干法和湿法的优点，在浸胶碳纤维缠绕到芯模之前通过烘干设备将浸胶碳纤维纱线中的溶剂除去，提高制品质量。与干法缠绕相比省却了预浸胶工序和设备，与湿法相比只是增加了一套烘干设备，却可以大幅降品中的气泡含量以及孔隙。

  碳纤维是储氢瓶制造的关键原材料，其成本和性能对储氢瓶的成本和使用性能影响重大。根据美国能源局（DOE）的研究成果，碳纤维复合材料的成本占到储氢瓶成本的60%以上。此外，储氢瓶的制造成本还包括阀门、调节器、组装检查、氢气等要素成本。

  当前国内储氢瓶的平均售价在2-3万元/支，对应单套车载供氢系统的成本在20万上下，后续降本空间充足，降本主要是从材料替换、技术进步及规模效应三方面来实现。

  1）材料替换：在关键材料碳纤维方面，目前日本、韩国等成熟的氢燃料电池车型中已经用上了大丝束碳纤维，而国内储氢瓶市场中T700级小丝束碳纤维仍占据绝对主导，大丝束相关的应用仍处在早期的研发试验阶段，随着国产大丝束性能的逐步提升以及配套研究的持续突破，大丝束有望在气瓶这一细分场景中实现对小丝束的部分或全面替代，带动储氢瓶综合成本的下降。其次，当前国内储氢瓶所用的部分零部件及设备仍高度依赖进口（比如瓶阀、纤维缠绕装备等），采购价格高，后续随着构件国产化的持续推进，整体成本将随之降低。

  2）技术进步：技术升级一种原因是III型瓶向IV型瓶的过渡，当前国内IV型瓶相关的技术尚未突破，根据DOE的测算，同样储氢质量为5.6kg且压力规格相同的III型和IV型瓶相比，后者的成本比前者要低10%左右，因为III型瓶采用了大量的铝合金材料导致内胆成本比较高。我们预计国内储氢瓶企业还需要1-2年时间才能具备70MPa IV型瓶的批量生产能力，届时气瓶在轻量化和成本方面将进一步改善。其次是气瓶容量的提升，大容量气瓶单瓶储氢密度明显提高，减少单车配套气瓶数量的同时管阀件、管路件的材料用量和成本也有望随之降低。

  3）规模效应：类似于氢燃料汽车的降本路线，储氢瓶成本下降也有望受益于生产规模的扩大，根据美国汽车研究理事会测算，当气瓶生产规模由1万套提高到50万套时，氢气瓶成本会下降20%。

  计划做一个知乎版微信群，用于燃料电池技术交流学习。有意向的可以先加微信ysfield，请备注“知乎”。欢迎各位加入 知乎圈子 “燃料电池讨论圈”