无人机用储氢瓶的概况与发展

 

氢燃料在无人机上有三种储存形态，即气态氢、液态氢和化学氢化物。针对不同形态，氢气瓶有着不同的要求。

对于气态氢，高压储存可以选用金属内胆复合材料全缠绕的III型气瓶或塑料内胆的IV型气瓶。液态氢气需要保温容器进行储存，除了采用上述高压容器之外，还需要在外壳体的内侧壁上敷设隔热涂层，如气凝胶毡、珍珠岩棉或一些泡沫材料（如聚异氰尿酸酯）。金属氢化物是一类常见的化学氰化物，利用了金属在一定条件下吸收和释放氢气的特点，这里氢气以某种固体意义的形式存在。

一、无人机储氢瓶的选材

无人机用气瓶的容量不大，最大一般不超过20L，工作压力在35~70MPa之间。主要选用碳纤维和环氧树脂作为缠绕层材料，铝合金作为内胆的III型氢气瓶。

碳纤维可选用T700和T800级别，对比：

铝合金内胆选用6061铝材，较钢制内衬，重量约为后者的1/3.

二、无人机储氢瓶的要求

针对金属或含有内胆的复合材料储氢瓶的标准和要求，目前已相对完善。针对无人机用储氢瓶，目前GB/T 38954-2020对其持续运行时间、抗震能力和氢气泄露率等指标有较为明确的要求：

持续运行时间：使用在固定翼无人机上的燃料电池发电系统的连续运行时间应不小于6h；使用在多旋翼无人机上的燃料电池发电系统连续运行时间应不小于3h。连续运行时间也可依据燃料电池发电系统采购协议确定。

抗振能力：在正常运行条件下，燃料电池发电系统应具备抗振能力，保持其机械和电气连接正常。

氢气泄漏率：应不大于0.5%。

三、长续航依旧是未来发展方向

在军事行动中进行战略侦察任务的无人机，需要保证上千公里纵深的中高空长时间连续飞行，航行时间可达八小时以上。针对航程比较远的氢能源无人机，一般采用液态氢气作为燃料。液态氢存储罐内部的温度与外界的温度存在较大的温差时，稍有热量从外界渗入液态氢存储罐内部，即可造成罐内液态氢的快速沸腾而损失。所以，液态氢气需要储存在绝热条件尽量好的保温容器中，来减少液态氢气的蒸发量。行业内已提出堆积绝热和高真空多层绝热等解决方案，优化液态氢气的储存。