为应对气候变化挑战，航空领域急需向低碳甚至零碳技术转型。氢能源被视为未来航空动力的理想选择，其燃烧产物仅为水，几乎不产生温室气体排放。储氢瓶作为储存氢气的核心设备，需要具备高储氢密度、轻量化、高安全性等特点；同时，储氢瓶还需要具备较大的储氢容量。目前，实现氢能源在航空领域的广泛应用，还面临诸多技术难题，其中高效、安全的储氢技术是关键环节。复合材料由于其独特的性能优势，在航空储氢瓶的研发和制造中得到了越来越广泛的应用。
来源：荣格复材技术
国家发展改革委、国家能源局联合研究制定的《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》提到，到2025年，我国将形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境……初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系。
复合材料凭借其独特的性能优势，在航空储氢瓶领域已取得了显著的应用成果，成为推动氢能源航空发展的关键技术之一。工信部发布了《重点新材料首批次应用示范指导目录（2024 年版）》，其中包含储氢气瓶用碳纤维复合材料。具体无人机用燃料电池氢气瓶工作压力≥35MPa，使用寿命5年，质量储氢密度 7.0%。将其纳入重点新材料目录，有助于集中资源进行技术攻关，推动储氢气瓶用碳纤维复合材料的国产化进程，提高材料性能，降低成本，对于促进我国氢能产业特别是储氢领域的发展具有重要意义。
市场规模方面，预计2025年中国工业无人机市场规模将破1200亿元。氢能无人机有望2025年开启初步商业化，2030年中国市场规模或超140亿元，2023 - 2030年CAGR高达110.7%。
然而，目前在材料性能、成本和安全标准等方面仍面临诸多挑战。未来，随着材料创新、制造工艺优化、智能化技术的应用以及标准化法规的完善，复合材料在航空储氢瓶领域将迎来更广阔的发展空间。
复合材料在航空储氢瓶领域的发展趋势
未来，复合材料在航空储氢瓶领域的发展将聚焦于材料创新，以进一步提升性能。一方面，将研发新型高性能纤维和树脂基体材料。例如，开发更高强度、更高模量且具有更好抗氢渗透性能的碳纤维，以及具有优异耐热性、耐化学腐蚀性和粘结性能的新型树脂基体。通过分子设计和材料合成技术的创新，使纤维和树脂基体在微观层面实现更好的协同作用，提高复合材料的综合性能。
另一方面，纳米复合材料、智能复合材料等新型复合材料将为航空储氢瓶的性能提升提供新的思路。纳米复合材料可以通过纳米尺度的增强相来提高储氢瓶的力学性能和氢气密封性能；智能复合材料则可以根据环境变化自动调整储氢瓶的性能，提高其安全性和可靠性。
随着物联网、传感器等技术的发展，未来航空储氢瓶将向智能化方向发展，具备结构健康监测功能。在储氢瓶的复合材料结构中集成各种传感器（如光纤传感器、应变片传感器等），实时监测储氢瓶在使用过程中的应力、应变、温度、压力等参数，以及复合材料的损伤情况。通过数据分析和处理，及时发现潜在的安全隐患，并进行预警和维护。
为促进复合材料航空储氢瓶的广泛应用，全球范围内将加快标准化和法规完善的进程。各国将加强合作，制定统一的安全标准和规范，涵盖储氢瓶的设计、制造、检测、认证以及使用维护等各个环节。标准的统一将有助于规范市场，提高产品质量和安全性，降低企业研发和制造成本，促进技术的交流与推广。
同时，法规部门将加强对复合材料航空储氢瓶的监管力度，确保其在整个生命周期内符合安全要求。通过完善的法规体系，为氢能源在航空领域的安全、可持续发展提供保障。
航空储氢瓶的设计通常采用内胆加复合材料缠绕层的结构。内胆主要用于储存氢气并防止其泄漏，材料一般为金属（如铝合金）或高性能聚合物（如聚乙烯）。金属内胆具有良好的气密性和抗氢脆性能，但重量相对较大；聚合物内胆重量较轻，但在气密性和强度方面需要通过特殊设计和工艺来保证。
复合材料缠绕层是储氢瓶承受压力的主要部分。通过在内胆外缠绕不同角度和层数的纤维增强复合材料，可使储氢瓶在各个方向上获得良好的力学性能。目前常用的缠绕工艺有湿法缠绕、干法缠绕和半干法缠绕。
应用案例与成果
目前，一些航空科研机构和企业已经在复合材料航空储氢瓶的研发和应用方面取得了一定成果。例如，辽宁通用航空研究院开发的飞机储氢瓶项目，成功研制出两个高性能纤维材料、铝合金内衬145L容积的储氢瓶，各项性能指标满足设计要求，为后续氢动力飞机的研究提供了重要支撑。
此外，国产氢动力垂直起降固定翼无人机DJ2采用了配套中材科技(苏州)有限公司定向研发的12L轻质铝合金内胆碳纤维缠绕储氢气瓶。结合氢燃料电池，它的飞行时间超5.5小时，飞行距离超500公里，相对传统无人机使用效率得到大幅提升。
这类无人机专用高压储氢铝内胆全缠绕气瓶，也恰恰是氢燃料电池无人机供氢系统的关键储能装置。中材科技（苏州）目前拥有1.5L-20L无人机专用气瓶产品，并可根据客户需求进行个性化定制。与韩国斗山、浙江氢航等国内外知名无人机厂商合作，其中超轻系列气瓶重量能达到常规系列的50%。有效解决了低空经济发展面临的“续航焦虑”。
国外也有一些应用案例。英国国家复合材料中心（NCC）太空液氢存储罐演示器，长750毫米，直径450毫米，储液容量超过96升。该存储罐采用碳纤维复合材料主体，材料质量仅8公斤，具有进一步优化减重的设计。美国航空航天工程研发公司GTL与多家公司合作开发的超轻液氢存储罐，长2.4米，直径1.2米，重12公斤，带裙板和真空杜瓦瓶壳，整个系统重67公斤，但可容纳150公斤以上的液态氢，储存率至少达到50%，比目前最先进的复合储氢罐高出10倍，此存储罐用于双发螺旋桨支线民机。
