高壓微管儲氫領域專利布局與關鍵技術剖析*

王 林

(中石化安全工程研究院有限公司化學品安全控制國家重點實驗室，山東青島 266104)

0 前言

氫氣的儲存和運輸是氫能產業(yè)體系，尤其是大規(guī)模用氫場景能否實現的關鍵因素。因此，為了解決氫能市場當前和潛在的需求，提供安全可靠、經濟高效的存儲和運輸解決方案，開發(fā)具有更高能量密度潛力的先進氫氣存儲方法至關重要。當前儲氫技術可分為物理儲氫和材料儲氫兩類，物理儲氫技術包括高壓儲氫、液氫儲存和低溫壓縮儲氫，材料儲氫技術包括化學吸附儲氫和物理吸附儲氫。結合美國能源局DOE關于輕型車輛車載儲氫的技術目標，通過對氫氣儲存的質量密度、體積密度、充放氫速率與可逆性、系統(tǒng)費用、技術成熟程度、安全性能等衡量儲氫技術性能的主要參數進行對比可知，現存的各種儲氫技術路線技術成熟程度不同，適用場景不同，在技術層面、商業(yè)層面各有優(yōu)劣，但是在儲氫質量密度、體積密度、系統(tǒng)費用、充氫時間等方面，均距離美國能源局DOE制定的終極預期目標(質量密度目標2020年為4.5%，2025年為5.5%，最終目標為6.5%)有一定的差距。

相比而言，高壓氣態(tài)儲氫是目前發(fā)展最成熟、最常用的儲氫技術，亦是車載儲氫技術的最佳短期解決方案，各國學者前期對各類高壓儲氫容器進行了廣泛的研究。由于氫氣容易導致金屬材料脆化和開裂，且更容易通過儲氫容器的傳統(tǒng)材料滲透擴散，因此，氧化玻璃作為一種新型高壓儲氫材料近年來受到持續(xù)關注。氧化玻璃可制備成空心的玻璃微球、柔性的玻璃微管等微型儲氫容器，與鋼或纖維相比更安全、更經濟、更輕質。本文對高壓微管儲氫技術的研究進展進行闡述，并對全球專利布局進行剖析，旨在為中國企業(yè)儲氫技術的產業(yè)布局提供借鑒思路。

1 高壓微管儲氫技術簡介

高壓微管儲氫技術，即玻璃毛細管陣列儲氫技術，是在一定的低溫高壓條件下，利用直徑小于200 μm的玻璃毛細管所具有的極高機械柔韌性能，將氫氣儲存在微米級的中空玻璃毛細管、管束或陣列中，用于氫氣儲存、運輸和加注的技術。微管儲氫技術本質上屬于高壓氣相儲氫，最大變化是儲存媒介由鋼制儲氫瓶/罐變?yōu)椴Ａ⒐堋?/p>

俄羅斯學者ZHEVAGO N. K的研究值得重點關注，其于2007年首次提出可在毛細管陣列中儲存和運輸氫氣，設計了圓柱體和六角形兩種形式的微管陣列，并在實驗室層面考察了不同的氫氣加載和釋放方法下氫氣壓力的阻力與氣密性、重量與體積容量、充裝與釋放特性等內容。圓柱形和六角形兩種形式的微管陣列橫截面如圖1所示[1]。

圖1 圓柱體和六角形微管陣列的橫截面

儲氫能力方面，根據理論計算，在常溫下，當S-2高級玻璃毛細管陣列的管壁厚度與半徑之比小于0.2時，單位質量儲氫密度可大于7.5%；在溫度為77 K，壓力為220 MPa時，可以達到理論最大體積密度90 g/L。圖2(a)為在室溫下，理論計算玻璃纖維管陣列的體積(固體曲線和右y軸)和質量(虛線和左y軸)儲氫密度與纖維管壁厚度與半徑(或工作氫氣壓力)的比值關系(2017年美國能源部DOE目標值用相應的水平線表示)[2]。俄羅斯學者ZHEVAGO N. K通過實驗驗證環(huán)氧樹脂增強的石英-環(huán)氧毛細管陣列具有極高的質量與體積容量，在溫度為171.8 ℃，壓力為160.85 MPa時，質量密度達到10.2%，體積密度達到48.3 g/L，且通過進一步優(yōu)化占空比、涂層厚度，可在低溫壓縮狀態(tài)下具備更高的儲氫密度潛力，圖2(b)為用于石英-環(huán)氧毛細管陣列制造的外徑接近480 mm、壁厚接近25 mm的石英圓筒式毛細管密封尖端照片[3]。

圖2 理論計算儲氫密度及環(huán)氧樹脂增強的石英-環(huán)氧毛細管陣列

耐壓能力方面，俄羅斯學者ZHEVAGO N. K通過理論計算發(fā)現柔性石英玻璃毛細管具有足夠高的抗拉強度，能夠在常溫和液氮溫度下承受233 MPa的氫氣壓力，圖3(a)為向石英毛細管注入氫氣時的壓力與時間曲線(平均內徑為134 μm，外徑為220 μm，上圖為室溫，下圖為液氮溫度)[4]。德國學者Meyer R.通過實驗測定了不同玻璃材料的單個毛細管和毛細管陣列的耐壓性，發(fā)現硼硅酸鹽毛細管具有最高的耐壓性，最大破裂壓力達到117.3 MPa，確定影響玻璃毛細管耐壓性的主要因素包括毛細管的材料、尺寸、壁厚等，并存在最佳參數和材料，圖3(b)為由硼硅酸鹽制成的捆綁毛細管(陣列)[5]。印度學者Saba Niaz指出玻璃毛細管耐壓性無法達到理論強度的關鍵原因是受到微管陣列中玻璃的氣泡、裂痕、凹槽等缺陷的抑制[6]。

圖3 理論計算耐壓能力及由硼硅酸鹽制成的捆綁毛細管

氣密能力方面，俄羅斯學者ZHEVAGO N. K探索通過與玻璃具有良好附著力的易熔合金塞來提升毛細管的密閉性，長期防止氫氣從中逸出，由易熔合金封端的玻璃毛細管陣列的密封尖端如圖4(a)所示[3]；德國學者Marc Prewitz通過環(huán)氧樹脂及漆料涂層保護微玻璃容器免受機械損傷，提升了毛細管與密封帽之間微管陣列的氣密性與耐壓性，測定了基于環(huán)氧樹脂涂層玻璃毛細管和陣列模塊的不同氫高壓存儲系統(tǒng)的損失率，在氫氣初始壓力為70 MPa時，泄漏半衰期超過2.5年，證明了基于玻璃毛細管的高壓儲氫容器適用于移動應用中長期存儲的可行性，環(huán)氧樹脂增強的石英-環(huán)氧毛細管陣列如圖4(b)所示。

圖4 易熔合金封端的玻璃毛細管陣列的密封尖端與環(huán)氧樹脂增強的石英-環(huán)氧毛細管陣列

安全性方面，與常規(guī)儲罐相比，玻璃毛細管陣列中單一毛細管所儲存的氫量非常小，因此泄漏導致爆炸的風險大幅降低；而且毛細管陣列具備均勻的直徑和壁厚，可根據需求設計任何尺寸和形式的陣列單元。因此，微管儲氫技術具備的技術優(yōu)勢主要包括：①質量輕，儲氫量高，儲氫質量密度高達10.2%；②常溫高壓儲氫，與現有氫氣儲運及加注技術兼容性較好；③玻璃/石英材質，無氫脆風險，不受氫腐蝕；④組合靈活，毛細管的數量或長度沒有限制，可以實現任何類型的便攜式或移動應用的模塊化系統(tǒng)。

由此可知，國外對于本技術路線的研究也僅限于少數學者，且僅報道至實驗室研究階段，尚無較大尺度的實驗驗證或成熟工業(yè)示范應用。

2 專利數據來源與統(tǒng)計說明

本文以智慧芽數據庫作為主要數據庫，數據檢索的截止日期為2021年7月31日(公開日)。鑒于專利信息公開存在滯后期，故2020、2021年的數據僅供參考。在數據處理過程中，各分/子公司均歸一為母公司進行統(tǒng)計。同時，本文按照簡單同族進行統(tǒng)計，提及“組”時指專利簡單同族，未歸并的專利申請數量單位為“件”。經過檢索、閱讀、分析、篩選，以INPADOC同族統(tǒng)計，共篩選出核心專利39件，并著重從時間維度、地域維度、人員維度，以及技術路線、關鍵技術要點進行分析[7-9]。

3 結果與分析

3.1 微管儲氫專利技術宏觀分析

3.1.1 時間維度分析

微管儲氫技術的全球專利申請趨勢如圖5所示。全球從2000年開始出現相關專利，至今整體專利申請數量不大。2018年之前所有專利均在國外布局，2019年至今則均為中國專利布局，海外申請人并未在微管儲氫核心技術上進行新的專利布局。

圖5 微管儲氫技術全球專利申請趨勢

2005—2012年專利申請量最大，主要申請人來自于美國和俄羅斯。2019年中國專利申請人首次提交專利，2020年申請數量躍至8件。未來隨著中國對氫能源的持續(xù)關注，微管儲氫技術可能在中國得到進一步發(fā)展。

3.1.2 地域維度分析

微管儲氫技術的全球專利技術流向分析如圖6所示。主要的專利技術來源地區(qū)為俄羅斯、美國和中國，日本、德國和加拿大的專利均較少，可見該方向并未受到多數國家的重視，僅在中俄美之間存在技術競爭。與技術來源對應，目前的專利主要布局在俄羅斯、美國、中國，在日本和歐洲也受到重視，其他地域的專利布局數量均較低。因此，該領域主要瞄準俄羅斯、美國、中國、日本和歐洲市場。

圖6 微管儲氫技術全球專利技術流向分析

就全球布局情況來，僅有美國/瑞士、俄羅斯申請人在全球提交了多件專利，較為重視全球專利布局，其他國家申請人在海外開展布局的專利較少。中國專利申請人目前僅在中國進行了專利布局，并且僅有1項俄羅斯專利在中國提交了同族申請[7]，目前處于實質審查狀態(tài)?？梢姡壳爸袊鴩鴥任⒐軆浼夹g面對國外競爭對手所存在的專利侵權風險較低。

3.1.3 人員維度分析

申請人方面，微管儲氫技術全球專利申請人排名和對應的海外專利布局統(tǒng)計如表1所示。目前排名并列第一的是來自美國/瑞士的C EN公司，以及來自俄羅斯的個人申請人CHABAK A. F.。其中，C EN公司非常重視專利布局，美國的海外專利基本由該公司貢獻；CHABAK A. F.是俄羅斯聯邦庫爾恰托夫研究所的教授，長期致力于高壓微管儲氫技術的研究。排名第三的是來自中國的深圳中科微管科技有限公司，但是經過檢索分析，該公司專利核心發(fā)明人及第二大股東正是來自俄羅斯的CHABAK A. F.，即恰巴克·亞歷山大，因此該公司與CHABAK A. F.教授在技術轉化等方面存在合作關系。除了來自美國的MER公司和來自俄羅斯的H2能源有限責任公司，其他申請人相關專利擁有量均較少，且海外專利布局均較弱。

表1 微管儲氫技術全球專利申請人排名和對應的海外專利布局統(tǒng)計

發(fā)明人方面，俄羅斯的發(fā)明人在本領域創(chuàng)造數量最為領先。CHABAK A. F.教授發(fā)明專利最多，達到11件。ZHEVAGO N. K教授排名次之，達到6件，其中3件已轉讓給C EN公司，2件專利權人為俄羅斯聯邦庫爾恰托夫研究所，最新的1件專利申請則屬于H2能源有限責任公司[10]，由此可以推斷，ZHEVAGO N. K教授目前正在依托H2能源有限責任公司推進本技術成果的商業(yè)轉化。此外，作為C EN公司的CEO，STERN MOSHE作為獨立發(fā)明人申請了專利2件，與C EN公司共有專利3件，也是值得重點關注的發(fā)明人之一。

3.2 微管儲氫專利技術發(fā)展剖析

3.2.1 主要技術構成

微管儲氫技術全球專利技術構成和各技術分支申請趨勢如表2所示(最早優(yōu)先權年2013—2016年無申請)。專利涉及的改進方向主要為微管陣列、微管材料與結構兩個方向。其中微管陣列方向共15項相關專利，占39%；微管材料與結構方向共13項相關專利，占33%。其他方向包括微管制造、封堵與充放氣、具體應用的相關專利暫時較少。

表2 微管儲氫技術全球專利各技術分類及申請趨勢

就申請趨勢來看，各個方向基本處于齊頭并進的趨勢出現相關專利，而且除封堵與充放氣以外，所有方向至今仍有延續(xù)?？梢姡捎谡麄€技術發(fā)展歷史不長，參與的申請人較少，各個研究方向都有待技術開發(fā)與專利布局。

3.2.2 技術發(fā)展路線

微管儲氫技術全球專利技術發(fā)展路線如圖7所示。

2000年，美國MER公司/材料及電化學研究公司提出第一件相關專利申請[11]，在儲氫罐內置蜂窩狀結構SCS，使用具有蜂窩結構的材料形成的多個單元的存儲系統(tǒng)作為基本氣體存儲塊，以提高安全性，由此開啟借助內置多孔結構的儲氫罐技術，此時該專利中尚未提及可用內置玻璃纖維儲氫。同年，株式會社日本制鋼所提出在儲氫罐內的儲氫金屬間設置玻璃纖維編織的透氣管，助于氫氣的流出，開始注意玻璃纖維在儲氫罐內的應用[12]。在2005年之前，真正意義的玻璃微管儲氫專利仍未提出，僅是向該思路方向靠近，包括2002年加拿大申請人提出的微通道儲氫用于微型燃料電池供氫的專利[13]，2003年美國申請人提出的在微管元件中設置吸附材料(包括金屬氫化物合金，含碳材料，沸石，硅膠，無定形金屬組合物和分子篩)來提供微纖維燃料電池的專利技術[14]。

2005年，來自俄羅斯的CHABAK A. F.教授和來自美國/瑞士的C EN公司正式提出玻璃微管儲氫技術專利。其中，2005—2008年CHABAK A. F.教授連續(xù)提出7件專利[15-21]，主要圍繞毛細管涂層、端口形狀、管內填料、管組組合等方向展開技術研究，并且還提出應用場景專利，包括運載火箭發(fā)射引擎和氣體輸送站高壓管道設計。C EN公司初期依托俄羅斯ZHEVAGO N. K教授提出了整套玻璃微管儲氫罐設計相關專利，并在2005—2012年申請了7件專利[22-28]，主要針對毛細管密封和脫氫控制，借助適配器、加熱脫氫工具和控制系統(tǒng)，形成整套可實用的微管儲氫罐技術和專利，并且不斷提出新的改進技術。

俄羅斯方面，除了CHABAK A. F.教授、ZHEVAGO N. K教授以外，俄羅斯聯邦庫爾恰托夫研究所圍繞盤管類毛細管儲氫罐提出盤管結構和換熱冷卻結構相關專利[29-30]；俄羅斯個人SAJFUDINOV S. K.提出采用毛細管儲氫的無人機專利[31]?？梢?，俄羅斯申請人在毛細管涂層、毛細管玻璃組成、端口結構、管內填料、下游應用等方向提出了多項專利。

美國方面，除了C EN公司與STERN MOSHE就密封脫氫控制方向、瓶頸式陣列管和毛細管切削對齊工藝方向提出專利以外，美國申請人QXWAVE公司提出微槽內多微管-微槽再組合的微觀組合方式[32]；Mainstream Engineering公司提出陽極氧化鋁制得陽極氧化鋁陣列管用于儲氫[33]。

2012—2017年，全球都沒有新的核心專利申請。直到2017年俄羅斯ZHEVAGO教授依托H2能源有限責任公司重新提交了一件關于多毛細管氣體儲存系統(tǒng)的核心專利申請，并在中國布局PCT申請[10]。

中國方面，從2019開始才陸續(xù)有中國申請人提出相關專利。其中，滄州渤海新區(qū)元大自然能源有限公司和南通好唯智能制造科技有限公司均并未直接涉及玻璃纖維儲氫技術，而是向多孔材料儲氫方向發(fā)展[34-35]；僅深圳中科微管科技有限公司的專利完全與玻璃纖維儲氫技術相關[36-42]，不過就其專利統(tǒng)計情況來看，除了玄武巖毛細管拉伸工藝相關專利以外，其他專利在技術創(chuàng)新方面的進展有限。

其他國家方面，日本豐田在2006年針對毛細管前設置紅外燈來測定氫含量的技術提出2項專利[43-44]，德國相關申請人則在2009和2011年分別就溫度控制技術和毛細管管道布置形式提出相關專利[45-46]。

3.2.3 關鍵技術要點

通過上述技術發(fā)展路線分析可知，微管儲氫技術的關鍵技術要點主要包括微管材料成型、微管加工工藝、微管陣列制備、微管封堵及氣密性能、氫氣充放過程控制及相關基礎科學問題等。

3.2.3.1 微管材料成型

微管原材料主要包括玻璃、石英、玄武巖、聚合物4類，具體可由硅酸鎂玻璃、玻璃碳、硅酸鈉鈣鋁玻璃、熔融石英、玄武巖、芳香族聚酰胺、聚乙烯醇、鉻鎳鋼、超高分子量聚乙烯、芳綸等作為原材料，經過熔融、拉絲、成型、涂覆、拋光等步驟后拉伸成纖維中空微管。微管壁厚約10 μm，微管直徑約200 μm，微管長度理論上可以無限長。微管需要經過4個階段的強度試驗，分別是拉伸試驗、高壓液壓試驗、惰性氣體高壓試驗和氫氣高壓試驗。

3.2.3.2 微管加工工藝

目前在光纖、通訊、醫(yī)療、色譜分析等領域均有微米級毛細管的成熟工藝應用，由玻璃或聚合物制成的毛細管陣列通常用于X射線光學或光子學，而熔融硅毛細管陣列是色譜柱的選擇。因此微管熔融拉絲成型的原理基本一致，工藝成熟，具備大規(guī)模生產的基礎，而且玻璃微管可以按照相似性原理拉伸，縮小直徑，可以在微管上鍍上鋁薄膜，起到保護、加強導熱和消除靜電的作用。

3.2.3.3 微管陣列制備

微管可以組成不同形狀的微管陣列，根據具體應用場景，不同陣列疊加組成不同形狀的存儲系統(tǒng)。目前微管陣列制備共有3條技術路線，并分別由不同的公司推進商業(yè)轉化。

a) 剛性管端式陣列結構。該結構源自于美國/瑞士的C. EN公司的專利技術[28]，核心發(fā)明人為STERN MOSHE，如圖8所示。其特點為每個毛細管結構由多個玻璃毛細管組成，每個玻璃毛細管具有密封的末端和開放的末端。多個玻璃毛細管套在外部平板蓋上，并被捆扎在一起，使得所得到的束的開口端容納在一個適配器中，適配器用于壓縮氫氣的充裝。每個儲氫裝置之間通過公共管道連接，用于充裝氣體或釋放氣體。目前C. EN公司已基于該結構開發(fā)出氫能自行車、氫能滑板車、移動電源、移動交通燈等原型機。

圖8 剛性管端式陣列結構專利附圖與對應實物

b) 柔性管端式陣列結構。該結構源自于俄羅斯H2能源有限責任公司的專利技術[10]，核心發(fā)明人為ZHEVAGO N. K，如圖9所示。其特點為基本儲氫單元為一端封閉的微毛細管束，微毛細管被制成具有共同面的六邊形棱柱的形式，通過金屬塞密封。微毛細管束最外圍的微毛細管，其朝向所述束外部的部分是圓柱形的。多毛細管結構在一定長度上具有恒定的橫截面，然后該橫截面急劇減小到一個使得多毛細管變得足夠柔韌的數值，多毛細管的柔性區(qū)域的長度足以將氫輸送到燃料元件。

圖9 柔性管端式陣列結構專利附圖與對應實物

c) 線軸繞制式微管結構。該結構源自于俄羅斯CHABAK A. F.教授的專利技術[18]，深圳中科氫能科技有限公司正基于該方案推進產業(yè)轉化，如圖10所示。其特點為包括端口盤和端口盤頂部活動連接處的外盤，并設置豎管，將第一毛細管和第二毛細管纏繞在豎管的表面，通過設置上圓盤和下圓盤，用于對第一毛細管和第二毛細管進行支撐。具備可對充放氣量和充放氣速度進行調節(jié)，可快速進行充放氣，充放氣壓力穩(wěn)定的優(yōu)點。線軸繞制式微管結構的微管長度可達500 m到1 000 m，微管直徑為200 μm，最大壓力可達230 MPa。這種微管繞制結構擁有特殊的微管生產工藝和裝置，裝置占地約為3層樓高，拉伸速度在0.1～7 m/min，爐溫在400～900 ℃，具有專用的孔模作為模具管。管內壓力可達230 MPa，在125 MPa下進行充氫放氫循環(huán)，充氫放氫速率和普通氣瓶類似，質量分數大于7%，體積密度為45 g/L。

圖10 線軸繞制式微管結構專利附圖與對應實物

d)微管封堵及氣密性能。由于玻璃結構中的缺陷，如氣泡、裂縫或凹槽，微管的密封依然是一個挑戰(zhàn)。需要確保良好氣密性能的部位包括：玻璃微管管體本身的氣密性，微管管端封堵或微管與其密封帽之間粘合鍵的氣密性，組合成微管陣列時微管之間的氣密性，微管陣列在充放氣時與氣源或燃料元件的連接適配器處等。目前所采取的主要技術手段包括對微毛細管用用金屬熔點足夠低并對玻璃具有良好的粘附性并對氫氣具有良好的化學耐受性的金屬塞從端部封閉；通過將幾種多毛細管結構與環(huán)氧樹脂結合，形成具有輕質多孔聚合物的外殼，以保護其免受沖擊；對柔性多毛細管氣體管道增設外套，包括聚乙烯護套、芳綸或碳纖維的纏繞層、防震管道護套等，以保護其免受外部機械沖擊。

e) 充放氫氣過程的匹配。受限于目前的技術成熟程度，相關專利、論文中對于充放氫過程的研究仍處于實驗室研究或測試階段，未涉及到成熟的產業(yè)應用過程的工藝、設備、參數等。根據理論推測，微管儲氫的充放氫氣過程與普通氣瓶的操作近似，如首次充氫時需要先抽真空；充氫時需要控制充氫速度，確保微管形變速度不超過臨界值；放氫結束后微管內要留有余壓。而且由于微管微米級的直徑，導致在充氫時會面臨較大的阻力。因此目前在確保從毛細管中釋放氣體的最佳的可靠性和速度的同時，不能為罐體快速地填充氣體，也不能受控地從罐體向緩沖器中釋放氣體，而且充放氣量和充放氣速度不易調節(jié)，充放氣的壓力難以穩(wěn)定，暫時不具備商業(yè)應用條件。

f) 基礎科學問題。本技術所涉及的科學問題包括微管中氫氣本身性質的變化，氫氣流動的微觀特性；微管最優(yōu)的空占比，即壁厚、直徑、中空體積與氫氣儲存、充裝之間的關系變化；微管的拉伸強度、韌性參數等力學性能變化，以及將毛細管燒結以形成毛細管束時，毛細管之間產生復雜的應力變化等。

3.2.4 技術改進方向

目前重要的技術改進研究方向主要包括微管陣列排列方式、微管材料與結構改進、微管封堵與充放氣技術等。

a) 針對微管陣列排列方向。主要包括罐體內微管布置方式[29-32]、罐體內結構[22-28]、溫度熱量控制構件[29-30]、微管內材料[15-21]、其他內構件[43-44]等技術改進點，目前看來，整個技術改進點并未形成較強趨勢，仍然處于探索式的點專利布局。

b) 針對微管材料與結構方向。主要改進點包括微管表面涂層、微管玻璃成分、微管管頭結構、其他形式微管等，其中，微管表面涂層主要是俄羅斯CHABAK A. F.教授重點研究的方向，通過在玻璃微管表面施用涂層來降低玻璃脆性。微管管頭結構是俄羅斯H2能源提出的相關專利涉及的技術改進點，通過在管頭設置柔性管道來有利于通氣管道接入。其他形式微管在脫離玻璃微管下提出的類似于微管結構材料，拓寬玻璃微管儲氫技術?？傮w看來，未來微管材料包括涂層材料和玻璃成分，仍然是整個玻璃微管儲氫技術開發(fā)的核心，尋找輕質、耐高溫高壓、更高安全性和適用性的玻璃微管仍然是該領域的重點和核心方向。

c) 針對微管封堵與充放氣方向。目前該方向專利均來自C EN公司，該公司一直以來致力于玻璃微管儲氫管的玻璃微管充氣、封堵和放氣技術，并開發(fā)出采用可固化可熔材料封堵，而后高溫熔化放氣的裝置和結構，不過2012年其提出采用適配器進行充放氣控制，采用機械控制代替化學材料控制。玻璃微管封堵與充放氣也是玻璃微管儲氫罐能否工業(yè)化應用的關鍵，通過更為自動化、智能化、可循環(huán)利用控制的方式實現封堵和充放氣才是關鍵技術方向。

4 結語

根據論文和專利檢索結果，俄羅斯CHABAK A. F.教授、ZHEVAGO N. K教授，以及美國/瑞士的C EN公司、俄羅斯的H2能源有限責任公司相關研究進展需要重點關注。根據相關文獻的理論計算與實驗結果表明，微管儲氫技術柔性玻璃纖維毛細管的抗拉強度足夠高，可以承受233 MPa的內部氫壓力，具有較高的體積和質量密度，通過進一步優(yōu)化占空比、涂層厚度，在低溫壓縮狀態(tài)下，具備實現DOE終極目標的潛力。但是從技術成熟程度來講，大約處于4級水平，而且受限于政策性與經濟性問題，較短時間內暫時不具備快速商業(yè)轉化的前景。

微管儲氫技術的關鍵技術要點主要包括微管材料成型、微管加工工藝、微管陣列制備、氫氣充放匹配、氣密性能提升、具體應用場景等方面。目前在材料成型、微管加工與陣列制備方面，有較為成熟的技術儲備，但是全球整體仍處于實驗室研發(fā)和測試驗證階段，因此實際工業(yè)場景下的氫氣充放工藝、氣密性能提升，以及相關基礎科學問題研究方面，均缺乏有效的技術方案。未來可在微管陣列排列方式、玻璃管自身結構和材料改進、封堵與充放氣技術、儲氫罐溫度控制以及下游應用等方面重點關注技術改進與研發(fā)布局。