1、車載儲氫技術(shù)多元化，高壓氣態(tài)儲氫是主流路徑 

1.1、車載儲氫技術(shù)是燃料電池重點(diǎn)突破環(huán)節(jié)

氫能的使用主要包括氫的生產(chǎn)、儲存和運(yùn)輸、應(yīng)用等方面，而決定氫能應(yīng)用 關(guān)鍵的是安全的氫能儲運(yùn)技術(shù)。氫燃料電池車需要滿足、安全、低 成本等要求。氫氣儲存技術(shù)滯后限制了氫能源在各類交通工具上大規(guī)模應(yīng)用， 車載儲氫技術(shù)的改進(jìn)是未來氫燃料電池車發(fā)展的重點(diǎn)突破環(huán)節(jié)。 

為了達(dá)到性能要求，眾多研究機(jī)構(gòu)對車載儲氫技術(shù)提出了新標(biāo)準(zhǔn)，其中美國 能源部(DOE)公布的標(biāo)準(zhǔn)ju性——質(zhì)量儲氫密度為 7.5%，體積儲 氫密度為 70 g/L，操作溫度為 40~60 °C。 

目前，氫燃料電池車車載儲氫技術(shù)主要包括高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、 高壓低溫液態(tài)儲氫、金屬氫化物儲氫及有機(jī)液體儲氫等。35MPa 氣態(tài)儲氫主 要應(yīng)用于商用車，如城市公交車、物流車、團(tuán)體班車;70MPa 氣態(tài)儲氫應(yīng)用 于乘用車;液態(tài)儲氫主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，民用推廣需要技術(shù)突破。

(1)從技術(shù)成熟方面分析，高壓氣態(tài)儲氫成熟、成本低，是現(xiàn)階段主 要應(yīng)用的儲氫技術(shù)，在行駛里程、行駛速度及加注時間等方面均能與柴汽油 車相媲美，但如果對氫燃料電池汽車有更高要求時，該技術(shù)不適用; 

(2)從質(zhì)量儲氫密度分析，液態(tài)儲氫、有機(jī)液體儲氫的質(zhì)量儲氫密度高， 能達(dá)到 DOE的標(biāo)準(zhǔn)，但兩種技術(shù)均存在成本高等問題，且操作、安全性等 較之氣態(tài)儲氫要差; 

(3)從成本方面分析，液態(tài)儲氫、金屬氫化物儲氫及有機(jī)液體儲氫成本均 較高，目前不適合推廣。 

1.2、高壓氣態(tài)車載儲氫已達(dá)可使用狀態(tài) 

高壓氣態(tài)儲氫是一種常見、應(yīng)用廣泛的儲氫方式，其利用氣瓶作為儲存 容器，通過高壓壓縮方式儲存氣態(tài)氫。其優(yōu)點(diǎn)是成本低、能耗相對小，可以 通過減壓閥調(diào)節(jié)氫氣釋放速度，充放氣速度快，動態(tài)響應(yīng)好，能在瞬間開關(guān) 氫氣。 

主流技術(shù)以鋁合金/塑料作為氫瓶內(nèi)膽用于保溫，外層則用 3 公分左右厚 度的碳纖維進(jìn)行包覆，提升氫瓶的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并盡可能減輕整體質(zhì)量。氫瓶閥 門處利用細(xì)長的管道將幾組氫瓶進(jìn)行串聯(lián)，并加裝溫度傳感器等監(jiān)控設(shè)備。安全性方面，當(dāng)溫度傳感器感應(yīng)到外界溫度遠(yuǎn)高于正常溫度時(一般超過100°C 時)，會自動打開閥門快速釋放瓶內(nèi)所有氣體。 

根據(jù)應(yīng)用方式的不同，高壓氣態(tài)儲氫分為車用高壓氣態(tài)儲氫和固定式高壓氣 態(tài)儲氫。 

(1)車用高壓氣態(tài)儲氫 

車用高壓氣態(tài)儲氫主要應(yīng)用于車載系統(tǒng)，大多使用金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣 瓶(III 型)和塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶(IV 型)。當(dāng)前國內(nèi)車載系統(tǒng)中主 要以 III 型瓶為主，國內(nèi)有科泰克、北京天海、沈陽斯林達(dá)、中材、富瑞特裝 等多家車用氫瓶生產(chǎn)企業(yè)。 

我國已經(jīng)完成能夠適用于 35MPa 和 70MPa 的高壓儲氫瓶的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 35544-2017《車用壓縮氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》，于2017 年 1 2 月 29 日發(fā)布，2018 年 7 月 1 日開始實施。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了車用壓縮氫氣鋁內(nèi) 膽碳纖維全纏繞氣瓶的型式和參數(shù)、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)注、 包裝運(yùn)輸和存儲等要求，保障了高壓儲氫氣瓶的安全性。

車載氫系統(tǒng)是燃料電池汽車的重要部件，由儲氫瓶及輔助系統(tǒng)(BOP)兩部 分組成。隨著生產(chǎn)量的擴(kuò)大，單位成本將在規(guī)模優(yōu)勢下逐步下降。從表2 中 可以發(fā)現(xiàn): 

1) 儲氫瓶成本結(jié)構(gòu)中，濕法纏繞(碳纖維外層覆蓋)占比接近 90%; 

2) 輔助系統(tǒng)成本結(jié)構(gòu)中，組裝費(fèi)用占比極低; 

3) 如果生產(chǎn)規(guī)模由 1 萬套/年提升至 50 萬套/年，車載氫系統(tǒng)總成本將下降 38%，其中儲氫瓶與輔助系統(tǒng)成本下降幅度分別為 20%/64%;碳纖維 成本占比由 45%上升至 62%，成為影響大的成本要素; 

金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶(III 型):以 6061 鋁合金為內(nèi)膽外面全纏 繞碳纖維，我國已開發(fā) 35MPa 和 70MPa。其中 35MPa 已被廣泛用于 氫燃料電池汽車，70MPa 正逐步推廣。沈陽斯林達(dá)“70MPa 高壓氣態(tài) 儲氫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目獲得了國家教育部科技進(jìn)步一等獎。 

塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶(IV 型):以塑料內(nèi)膽外面全纏繞碳纖維， 國外乘用車以該類型為主，如日本豐田、挪威 Hexagon。 

(2)固定式高壓氣態(tài)儲氫 

固定式高壓氣態(tài)儲氫主要應(yīng)用在固定場所，如制氫廠、加氫站以及其他需要 儲存高壓氫氣的地方。目前主要使用大直徑儲氫長管和鋼帶錯繞式儲氫罐來 儲氫。 

l大直徑儲氫長管:石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司 2002 年在國內(nèi) 研制成功 20/25MPa 大容積儲氫長管，并應(yīng)用于大規(guī)模氫氣運(yùn)輸。長管 氣瓶材料為鉻鉬鋼 4130X，強(qiáng)度高，具有良好的抗氫脆能力。 

l鋼帶錯繞式儲氫罐:鋼帶錯繞式儲氫罐目前有 45Mpa 和 98Mpa 兩種型 號，如浙大與巨化集團(tuán)制造生產(chǎn)的兩臺國內(nèi)高壓力等級 98MPa 立式 高壓儲罐，安裝在江蘇常熟豐田加氫站中。 

目前單座加氫站投資規(guī)模(不包括土地)約 1500 萬人民幣，固定投資主要 包括壓縮機(jī)、儲氣罐、分配器、預(yù)冷器等設(shè)備及安裝費(fèi)用，占比分別為13% /18%/13%/7%/20%。隨著市場規(guī)模的擴(kuò)大，在規(guī)模經(jīng)濟(jì)的影響下，壓縮機(jī)、 儲氣罐單位成本下降幅度較大。根據(jù) Ahmad Mayyas 在論文《Manufacturi ng competitiveness analysis for hydrogen refueling stations》測算數(shù)據(jù)， 如果需求量每年由 10 家增長至 100 家，那么單位壓縮機(jī)、儲氣罐價格將由 14.5/32 萬美元下降至 4.6/17.6 萬美元.

1.3、其他車載儲氫方式尚不成熟 

1.3.1、有機(jī)液體儲氫 

有機(jī)液體儲氫技術(shù)借助某些烯烴、炔烴或芳香烴等儲氫劑和氫氣產(chǎn)生可逆反 應(yīng)實現(xiàn)加氫和脫氫。與常見的高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、固體儲氫材料 儲氫相比，有機(jī)液體儲氫具有以下特點(diǎn): 

1) 反應(yīng)過程可逆，儲氫密度高;

2) 氫載體儲運(yùn)安全方便，適合長距離運(yùn)輸;

3) 可利用現(xiàn)有汽油輸送管道、加油站等基礎(chǔ)設(shè)施。 

有機(jī)液體儲氫關(guān)鍵在于選擇合適的儲氫介質(zhì)。目前研究中主要采用的儲氫介 質(zhì)包括環(huán)乙烷、乙基咔唑等。環(huán)己烷利用苯-氫-環(huán)己烷可逆化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn) 儲氫，具有較高的儲氫能力，在常溫下為液態(tài)，脫氫產(chǎn)物苯在常溫常壓下也 是液態(tài)，方便運(yùn)輸。甲基環(huán)己烷脫氫產(chǎn)生氫氣和甲苯，且甲基環(huán)己烷和甲苯 在常溫常壓下都是液體，因此，甲基環(huán)己烷也是比較理想的儲氫載體。 

液體有機(jī)儲氫材料大的特點(diǎn)就是常溫下為液態(tài)，能夠方便地運(yùn)輸和儲存。武漢氫陽研發(fā)了一種稠雜環(huán)有機(jī)分子作為有機(jī)液體儲氫材料，儲氫高達(dá) 58g/L，并可在常溫常壓下利用管道、槽罐車等運(yùn)輸。該有機(jī)液體儲氫材料 已經(jīng)投入應(yīng)用。其推出的新型有機(jī)液態(tài)儲氫材料安全指標(biāo)遠(yuǎn)高于汽油、柴油 等傳統(tǒng)能源。 

1.3.2、低溫液態(tài)儲氫 

低溫液態(tài)儲氫技術(shù)是將氫氣壓縮后冷卻到-252 °C以下，使之液化并存放在 絕熱真空儲存器中。與高壓氣態(tài)儲氫相比，低溫液態(tài)儲氫的質(zhì)量和體積的儲 氫密度都有大幅度提高，通常低溫液態(tài)儲氫密度可以達(dá)到 5.7%。僅從質(zhì)量 和體積儲氫密度分析，運(yùn)輸能力是高壓氣態(tài)氫氣運(yùn)輸?shù)氖兑陨稀?/span>

在歐美日等國家，液氫應(yīng)用相對比較成熟，在運(yùn)輸、加氫站和車載中都有應(yīng) 用。我國液氫目前主要應(yīng)用在航天領(lǐng)域，以及少數(shù)的電子行業(yè)。航天 101 所 在液氫的制備、儲運(yùn)、應(yīng)用上都有成熟的經(jīng)驗。相關(guān)部門正在研究制定液氫 民用標(biāo)準(zhǔn)，車用液氫技術(shù)研究正在進(jìn)行中，未來液氫將應(yīng)用在一些長途、重 型商用車，以及加氫站中。 

1.3.3、金屬氫化物儲氫 

金屬氫化物儲氫適用于對重量不敏感領(lǐng)域，該技術(shù)利用過渡金屬或稀土材料 與氫反應(yīng)，以金屬氫化物形式吸附氫，然后加熱氫化物釋放氫。當(dāng)金屬單質(zhì) 作為儲氫材料時，能獲得較高的質(zhì)量儲氫密度，但釋放氫氣的溫度高，一般 超過 300 °C。為了降低反應(yīng)溫度，目前主要使用 LaNi5 、Ml0.8 Ca0.2 Ni5 、 Mg2Ni、Ti0.5V0.5Mn、FeTi、Mg2Ni 等 AB5 、A2B、AB 型合金，合金儲氫 材料的操作溫度均偏低，質(zhì)量儲氫密度為 1%~4.5%。 

由于儲氫合金具有安全、無污染、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，已在燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)汽車、 潛艇、小型儲氫器及燃料電池車中開發(fā)應(yīng)用。浙江大學(xué)成功開發(fā)了燃用氫- 汽油混合燃料城市節(jié)能公共汽車，其使用的是 Ml0.8Ca0.2Ni5 合金儲氫材料， 在汽油中摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4.5%的氫，使內(nèi)燃機(jī)效率提高14%，節(jié)約汽油 30%。日本豐田汽車公司采用儲氫合金提供氫的方式，汽車時速高達(dá)150 km/h，行駛距離超過 300 公里。 

雖然金屬氫化物儲氫在車上已有應(yīng)用，但與2017 年 DOE 制定的儲氫密度標(biāo) 準(zhǔn)相比，差距仍較大。將其發(fā)展成為商業(yè)車載儲氫還需進(jìn)一步提高質(zhì)量儲氫 密度，降低分解氫的溫度與壓力，延長使用壽命等。 

2、高壓氣態(tài)儲氫應(yīng)用依賴于車載氫瓶技術(shù) 

2.1、我國氣瓶制造技術(shù)與存在一定差距 

當(dāng)前階段上述各種儲氫技術(shù)均已經(jīng)在車載中應(yīng)用，我國與世界xian進(jìn)國家相比 仍然存在一定差距: 

(1) 國內(nèi) IV 型瓶研發(fā)滯后。國外乘用車已經(jīng)開始使用質(zhì)量更輕、成本更 低、質(zhì)量儲氫密度更高的 IV 型瓶，而中國 IV 型瓶還處于研發(fā)階段，成熟 產(chǎn)品只有 35 MPa 和 70 MPa III 型瓶，其中 70MPa III 型瓶在乘用車樣車上 應(yīng)用。 

(2)碳纖維依賴進(jìn)口。中國制造的 III 型瓶的主要原材料為碳纖維，由于研 發(fā)起步晚、原材料性能差等原因，國產(chǎn)碳纖維還不能滿足車用儲氫瓶的要求， 主要依賴進(jìn)口。 

(3)液氫儲罐汽車應(yīng)用發(fā)展緩慢。國外液氫儲罐已在汽車上應(yīng)用，而中國 還未實現(xiàn)。通用汽車、福特汽車、寶馬汽車等都推出了使用車載液氫儲罐供 氫的概念車，而中國可以自行生產(chǎn)液氫，但尚未將其應(yīng)用于車載氫系統(tǒng)。

儲氫氣瓶發(fā)展已有 50 多年的歷史，從鋼瓶到全復(fù)合材料氣瓶的研制成功， 實現(xiàn)了向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量輕的巨大轉(zhuǎn)變。近年來，70MPa 儲氫復(fù)合材料 氣瓶已經(jīng)進(jìn)入示范使用階段。國外從事復(fù)合材料氫氣瓶研發(fā)與生產(chǎn)代表性企 業(yè)和科研機(jī)構(gòu)有美國 Quantum 公司、美國通用汽車、美國 Impco 公司、加 拿大 Dynetek 公司、法國空氣化工產(chǎn)品公司、日本汽車研究所和日本豐田公 司等。 

2.2、國內(nèi)以 III 型氣瓶為主，未來需向 IV 型過渡 

復(fù)合材料儲氫氣瓶由內(nèi)至外包括內(nèi)襯材料、過渡層、纖維纏繞層、外保護(hù)層、 緩沖層。 

(1)國內(nèi)內(nèi)襯材料多選用鋁合金。儲氫氣瓶進(jìn)行充氣的周期可能較長，而 氫氣在高壓下又具有很強(qiáng)的滲透性，所以氫氣儲罐內(nèi)襯材料要有良好的阻隔 功能，以保證大部分的氣體能夠儲存于容器中。因此氣瓶內(nèi)膽多選用鋁合金 材料，這是由于其與氫氣良好的相容性和抗腐蝕性能。鋁合金材料的低密度、 高比強(qiáng)度能夠在保障強(qiáng)度的前提下使氣瓶更加輕便。鋁合金材料還擁有很好 的導(dǎo)熱性能，在遇到意外事故發(fā)生燃燒時通過將熱量傳遞到閥門的易熔合金 塞處，在高熱條件下使其熔化安全泄壓防止爆炸。 

(2)纖維纏繞層選用碳纖維作為增強(qiáng)材料。高強(qiáng)度、高模量的碳纖維材料 通過纏繞成型技術(shù)而制備的復(fù)合材料氣瓶不僅結(jié)構(gòu)合理、重量輕，而且良好 的工藝性和可設(shè)計性在儲氫氣瓶制備上具有廣闊的應(yīng)用空間。氣瓶長期在充 氣放氣條件下使用，內(nèi)膽會產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著氣瓶的使用裂紋會不斷擴(kuò)大， 導(dǎo)致氣瓶的失效形式表現(xiàn)為“未爆先漏”。 

車用氣瓶共分為四種類型: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)。I 型和 II 型氣瓶重容比較大，難以滿足單位質(zhì)量儲氫密度要求，用于車載供 氫系統(tǒng)并不理想。采用金屬內(nèi)膽的 III 型氣瓶為我國在高壓氫氣瓶領(lǐng)域的主要 研究方向。 

目前我國已經(jīng)實施能夠適用于 35MPa 和 70MPa 的高壓儲氫瓶的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) GB/T35544-2017《車用壓縮氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》。根據(jù)標(biāo) 準(zhǔn) 70MPaIII型瓶可經(jīng)過檢測試驗安全后上車運(yùn)行，而對于 70MPa IV 型瓶法 規(guī)標(biāo)準(zhǔn)尚未做出明確規(guī)定。 

國內(nèi)企業(yè)采用 III 型(金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶)儲氫密度為 3.9%，而 IV 型(非金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶)的儲氫密度可以達(dá)到 5.5%。通過相同外 徑、容積和壓力(70MPa)的 III 型與 IV 型氫氣瓶進(jìn)行比較可以清楚發(fā)現(xiàn)， IV 型具有低成本、小重容、輕量化的優(yōu)勢。 

2.3、國內(nèi)以 35MPa 氣態(tài)氫為主，未來需向 70MPa 過渡 

同等體積下，壓力越大儲氫量越高，車輛行駛里程就更遠(yuǎn)。現(xiàn)階段國內(nèi)主流 氫燃料電池汽車使用的都是 35MPa 氣態(tài)氫，歐、美、日國家則是以 70MPa 為主。國內(nèi)在 35 MPa III 型瓶有成熟產(chǎn)品，但是 35 MPa 氣瓶的續(xù)航里程上 對比純電動車沒有優(yōu)勢，必須采用 70MPa III 型在燃料電池乘用車上才有續(xù) 航里程的優(yōu)勢，但是 70MPa III 型瓶國內(nèi)僅有個別廠家具有成熟產(chǎn)品。 

未來國內(nèi)氫燃料電池汽車市場也將會升級使用70MPa 壓力的氣態(tài)氫，關(guān)鍵 還在于成本。根據(jù)美國能源局(DOE)研究數(shù)據(jù)，自 2005 年以來長管拖車 儲運(yùn)成本下降幅度大，35MPa 由 2005 年的 5.26$/kg H2 下降到 2015 年 的 2.69$/kg H2，但同期與 70MPa 相比成本高出 10%左右。2020 年美國能 源局提出 70MPa 儲運(yùn)成本下降到 2$/kg H2 的目標(biāo)。 

3、碳纖維是制造儲氫瓶的核心材料 

3.1、儲氫瓶等壓力容器是碳纖維主要下游需求之一 

我國對碳纖維相關(guān)研究始于 20 世紀(jì) 60 年代，與*企業(yè)存在較大差距， 主要體現(xiàn)在原絲自主創(chuàng)新不足、質(zhì)量可控性低、生產(chǎn)設(shè)備與工藝需*等方 面。盡管國產(chǎn)碳纖維單絲性能良好，但其絲束均一性難以保證，實際應(yīng)用時 會出現(xiàn)毛絲多、斷絲嚴(yán)重、與樹脂浸潤性差、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。近年來， T700/T800 級國產(chǎn)碳纖維研究與工程化取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但國產(chǎn)碳纖 維要廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料氣瓶行業(yè)，在纏繞工藝性及復(fù)合材料中強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率 等方面還需要進(jìn)一步研究與改進(jìn)。 

碳纖維是由有機(jī)纖維在高溫環(huán)境下裂解碳化形成碳主鏈機(jī)構(gòu)的無機(jī)纖維，是 一種含碳量高于 90%的無機(jī)纖維。按照原絲種類分類:碳纖維的原絲主要 有聚丙烯腈(PAN)原絲、瀝青纖維和粘膠絲，由這三大類原絲生產(chǎn)出的碳 纖維分別稱為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。其中，聚丙烯腈(PAN)基碳纖維占據(jù)主流地位，2018 年產(chǎn)量占碳纖維總 量的 90%以上，粘膠基碳纖維還不足 1%。 

碳纖維不僅具有高強(qiáng)度(強(qiáng)度比密度)及高比剛度(模量比密度)性能，還 具有耐腐蝕、耐疲勞等特性，廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)以及高性能民用領(lǐng)域。2018 年碳纖維需求 9.26 萬噸，其中航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑占比居 前，分別為 23%/23%15%。壓力容器的碳纖維需求為 6200 噸，占比 7%。 

壓力容器，尤其是燃料電池所需的氫氣瓶是未來的熱點(diǎn)。日本氫能源、氫經(jīng) 濟(jì)，極大地刺激了國內(nèi)市場。為了推廣氫燃料汽車，豐田公司開放了所有相 關(guān)的專li，其目的是形成一個新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 

氫氣瓶的核心技術(shù)，除了金屬閥門及各類傳感器之外，主要是外層、低 成本碳纖維及纏繞成型。氫氣瓶的外層纏繞，會對碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)生 革命性影響。若未來燃料電池車大規(guī)模推廣，將極大提升碳纖維需求。汽車 公司對碳纖維及復(fù)合材料工藝的成本控制將更加嚴(yán)苛，這將促進(jìn)碳纖維低成 本制備技術(shù)的進(jìn)步。其次是成型效率問題，現(xiàn)有的濕法纏繞設(shè)備，需要在材 料形態(tài)與效率上進(jìn)行革命性的創(chuàng)新，才能滿足批量氫氣瓶的需求。 

完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從一次能源到終端應(yīng)用的完整制造過程。從石油、 煤炭、天然氣均可以得到丙烯，丙烯經(jīng)氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和 紡絲之后得到聚丙烯腈(PAN)原絲，再經(jīng)過預(yù)氧化、低溫和高溫碳化后得 到碳纖維，并可制成碳纖維織物和碳纖維預(yù)浸料，作為生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料 的原材料;碳纖維經(jīng)與樹脂、陶瓷等材料結(jié)合，形成碳纖維復(fù)合材料，后 由各種成型工藝得到下游應(yīng)用需要的終產(chǎn)品。 

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游和下游。上游通常是指生產(chǎn)碳纖維的材料; 下游通常是指生產(chǎn)碳纖維應(yīng)用部件的產(chǎn)品。碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上游屬于石油化工 行業(yè)，主要通過原油煉制、裂解、氨氧化等工序獲得丙烯腈。碳纖維企業(yè)通 過對以丙烯腈為主的原材料進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚丙烯腈，再以其紡絲獲得聚 丙烯腈原絲，對原絲進(jìn)行預(yù)氧化、碳化等工藝制得碳纖維，通過對碳纖維和 高質(zhì)量樹脂加工以獲得碳纖維復(fù)合材料從而滿足應(yīng)用需求。

3.2、碳纖維制造產(chǎn)業(yè)被美、日壟斷 

碳纖維行業(yè)發(fā)展空間巨大，與其他制造業(yè)相比具有如下特點(diǎn):

(1)碳纖維行業(yè)屬于資本和技術(shù)密集型行業(yè)，行業(yè)壁壘高。碳纖維屬于高 技術(shù)密集型產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高、研發(fā)周期長、資金投入大，行業(yè)壁壘高。 

(2)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，潛在市場逐步成熟。碳纖維下游應(yīng)用技術(shù)開發(fā)難 度較高，碳纖維與樹脂、上漿劑等材料之間工藝參數(shù)必須系統(tǒng)配合，復(fù)合材 料設(shè)計與成型需要一體化，下游領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)需要較長的研發(fā)過程。加之 研發(fā)投入大、生產(chǎn)成本高，導(dǎo)致碳纖維應(yīng)用范圍長期局限在航空航天和 民用領(lǐng)域。 

(3)日本及歐美領(lǐng)xian企業(yè)壟斷市場。由于碳纖維生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜、 研發(fā)投入巨大、研發(fā)周期較長，使得上真正具有研發(fā)和生產(chǎn)能力的碳纖 維公司。美國注重原始創(chuàng)新，日本擅長精細(xì)化生產(chǎn)，在碳纖維產(chǎn)業(yè) 發(fā)展中各具優(yōu)勢。日本東麗、美國赫克塞爾壟斷航空航天高性能碳纖維市場。 

(4)市場和政府在行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。碳纖維與國防工業(yè)密不可分， 市場和政府在行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。美國和日本采取以市場為主的模式， 主要依靠大企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)，同時供應(yīng)民用和國防應(yīng)用領(lǐng)域。

拉伸強(qiáng)度和拉伸模量是衡量碳纖維性能的兩大重要指標(biāo)。我國已于2011 年 頒布了《聚丙烯腈(PAN)基碳纖維國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T26752-2011)》，由 于日本東麗在碳纖維行業(yè)具有領(lǐng)xian優(yōu)勢，國內(nèi)一般采用日本東麗標(biāo) 準(zhǔn)進(jìn)行分類。國內(nèi)部分碳纖維企業(yè)基本實現(xiàn) T700 級、T800 級碳纖維技術(shù) 突破，但穩(wěn)定性、產(chǎn)品離散度等指標(biāo)與國外優(yōu)勢企業(yè)相比存在一定差距。T800 作為碳纖維復(fù)合材料主要用于飛機(jī)、汽車制造以及壓力容器等領(lǐng)域。全 球?qū)崿F(xiàn) T1000 級和 T1100 級碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)和市場銷售的企業(yè)只有日本 東麗(TORAY)和美國赫克塞爾(HEXCEL)。 

從碳纖維市場的份額劃分看，碳纖維市場依然為日、美企業(yè)所壟斷。日本是全qiu大的碳纖維生產(chǎn)國，世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本公司手中， 其生產(chǎn)的碳纖維無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)xian地位。日本代表企業(yè)包 

括日本東麗、日本東邦和日本三菱麗陽等，其他地區(qū)的主要廠商包括美國的 赫克塞爾、卓爾泰克以及德國的西格里等。根據(jù) CCeV 的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，日本 東麗是唯yi碳纖維產(chǎn)能超過 2 萬噸的企業(yè)，長期為波音公司和空中客車 公司主要的穩(wěn)定供貨商。

根據(jù)模量可以分為 4 大類碳纖維品種，包括標(biāo)模(小絲束)、標(biāo)模(大絲束)、 中模量、大模量。其中后兩種碳纖維主要應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，2018 年中 模量 1.69 萬噸及高模量 0.12 萬噸的需求中，有 95%以上來自波音、空客等 航天公司。從產(chǎn)業(yè)角度來看，標(biāo)模大絲束(俗稱 T300 級別大絲束)，生產(chǎn) 難度大于標(biāo)模小絲束(俗稱 T800 級別小絲束)。 

在小絲束碳纖維市場上，日本企業(yè)的*占到產(chǎn)能的49%;在大絲束碳纖維市場上，美國企業(yè)的*占到產(chǎn)能的 89%。

3.3、我國碳纖維對外依存度超過 70%，產(chǎn)能集中度逐步 提高 

2018年中國碳纖維的總需求 31000 噸同比增長 32%，其中進(jìn)口 22000 噸國 產(chǎn) 9000 噸，對外依存度高達(dá)71%。從歷史數(shù)據(jù)看，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)起步較 晚，但隨著技術(shù)追趕對外依存度已經(jīng)由 2008 年的 98%下降了 27 個百分點(diǎn)， 進(jìn)口替代趨勢有望持續(xù)。 

2018 年統(tǒng)計全國的理論產(chǎn)能為 26800 噸，銷量/產(chǎn)能比為 33.6%，同比上年 提升 5.1 個百分點(diǎn)。2018 年銷量/產(chǎn)能比為 59.8%，我國整體銷售/產(chǎn)能 比較低，主要原因: 

(1)部分老生產(chǎn)線缺乏運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益而停產(chǎn); (2)部分生產(chǎn)線技術(shù)水平低，不能長期穩(wěn)定運(yùn)行; 

2018 年，產(chǎn)業(yè)集中度在加速，8 家千噸級碳纖維企業(yè)的理論產(chǎn)能已經(jīng)占到全 國的 87%，產(chǎn)業(yè)集中度的趨勢會越來越強(qiáng): 

(1)產(chǎn)能千噸以上:8 家公司。(2)產(chǎn)能在 500-1000 噸之間:4 家公司(3)產(chǎn)能在 100-500 噸之間:5 家公司(4)產(chǎn)能在 100 噸以下:2 家公司 

4、投資建議 

車載儲氫的大規(guī)模推廣依賴于高壓儲氫瓶及碳纖維，該細(xì)分領(lǐng)域目前處于發(fā)展初期，相關(guān)技術(shù)、法規(guī)仍未成熟。

(1)國內(nèi) 70MPa 高壓儲氫瓶還未真正裝車上路，領(lǐng)xian企業(yè)正在研發(fā)或已具 備量產(chǎn) 70MPa III 型瓶能力，并開始配合車企展開上車實驗。這些企業(yè)擁有 多年氣瓶研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗，同時瞄準(zhǔn)未來氫瓶的廣闊市場; 

(2)碳纖維作為儲氫瓶核心材料之一，技術(shù)被日本、美國壟斷。國內(nèi)大多 數(shù)碳纖維企業(yè)所提供產(chǎn)品以中低端碳纖維為主，無法大規(guī)模提供高性能碳纖 維。隨著碳纖維行業(yè)集中度提升和新生產(chǎn)線投放，產(chǎn)品研發(fā)能 力將逐步改善。 

我們認(rèn)為，現(xiàn)階段二級市場的投資機(jī)會將更多地以主題投資的方式呈現(xiàn)，應(yīng) 關(guān)注具有氣瓶研發(fā)經(jīng)驗、技術(shù)優(yōu)勢的高壓容器公司，以及聚焦碳纖維品 類、市場率領(lǐng)xian的碳纖維。