氢能作为来源多样、利用高效、清洁环保的二次能源，广泛应用于化工、能源、交通、建筑、电力、储能等行业，是构建以清洁能源为主的多元能源供应体系的重要载体. 氢能的开发和利用已经成为新一轮世界能源技术变革的重要方向. 美国、日本、德国、韩国等主要发达国家先后制定氢能国家战略，推进氢能产业发展. 在我国，氢能是《国家创新驱动发展战略纲要》、《能源技术革命创新行动计划（2016—2030）》等国家重要战略规划的重点支持方向，已成为国家战略需求[1].
氢能应用的关键之一在于储氢技术，即如何实现安全、高效、经济的氢气储存. 当前，储氢方式主要有气态储氢、液态储氢和固态储氢3种，分别以压缩、液化、物理或化学结合的方式来储存氢气. 相比而言，高压气态储氢具有设备结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快、温度适应范围宽等优点，在较长时间内将占据氢能储存的主导地位[2]. 目前，量产的氢燃料电池汽车均采用高压（35 MPa或70 MPa）储氢方式. 例如，丰田公司的氢燃料电池汽车MIRAI、本田公司的CLARITY、上汽的荣威950等均采用高压储氢. 随着氢能的快速发展，对储氢量达吨级的商用加氢站提出了重大需求，亟需大容量高压气态储氢装备.
高压氢脆机理研究. 材料在高压氢气环境中服役会因氢脆而出现性能劣化，揭示高压氢脆机理并实现性能调控是保障储氢装备长寿命安全可靠服役的重要基础. 美国、日本等为研发高性能储氢装备，在材料高压氢脆机理研究方面布局较早，美国圣地亚国家实验室、日本九州大学等机构对钢和聚合物在高压氢环境中的性能劣化机制开展了较系统的研究，并形成了相应的材料临氢性能数据库[5]. 在“973”计划、“863”计划项目的支持下，浙江大学牵头提出了包含材料、环境、载荷和制造的“四因素”高压氢脆研究学术思想，系统研究了高压氢气环境承载件的性能演化机制；通过试验观测到奥氏体不锈钢中应变诱导α′马氏体所引起的相界氢偏聚现象[6]，揭示了α′马氏体对氢传输的影响规律[7]；阐明了成形制造–微观组织–氢传输–氢致开裂的关联机制，利用温成形调控奥氏体不锈钢微观组织，打破了“强度−氢脆”的平衡妥协，在高强度基础上提高了材料的抗氢脆性能[8].
高压氢系统检测能力建设. 高压储氢系统的研发和安全性能检测离不开相应的测试设备. 由于高压氢系统的测试条件苛刻（高压临氢、宽温域等），测试装备研发难度极大. 美国、日本等国均投入巨资并历时多年分别建立了高压氢系统安全性能检测基地，例如日本福冈的氢能检测研究中心（HyTReC）[9]. 在“863”计划项目的持续支持下，浙江大学研制了我国首套140 MPa高压氢环境材料耐久性试验装置、90 MPa高压氢气环境零部件耐久性试验装置，使我国成为继美国、日本后，第3个拥有此检测能力的国家[10]，为研究高压氢脆机理、研发低成本抗氢脆材料、优化抗高压氢脆制造工艺、构建材料抗高压氢脆性能数据库提供了必备的测试装备.
高压储氢技术标准化. 建立完善的标准体系是高压储氢技术健康发展的重要保障. 世界各国在发展氢能技术的同时，积极布局标准化研究工作，并利用规范标准推动技术发展、提升国际影响力. 例如，国际标准化组织专门成立了氢能技术委员会（ISO/TC 197），负责氢能技术领域标准的制定；美国在《国家氢能发展路线图》中将“规范与标准（Codes & Standards）”列为7个重要的组成部分之一. 我国也成立了全国氢能标准化技术委员会，负责氢能领域的标准化工作. 近20年来，浙江大学在系统开展相关研究的基础上，牵头制定了GB/T 29729-2013 《氢系统安全的基本要求》、GB/T 35544-2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》、GB/T 34542.2-2017 《氢气储存输送系统 第2部分：金属材料与氢环境相容性试验方法》等9项高压氢系统主要国家标准，参加联合国UN GTR13《氢燃料电池汽车全球技术法规》、国际标准ISO/TS19883《Safety of pressure swing adsorption systems for hydrogen separation and purification》、加拿大/美国标准CSA/ANSI CHMC2《Test methods for evaluating material compatibility in compressed hydrogen applications-Polymers》等国际规范标准的制定，有力促进了我国加氢站的建设和氢燃料电池汽车的发展.
高压储氢装备创新研发. 对于高压储氢装备，经济地解决抗高压氢脆设计制造问题极为困难，我国压力超过35 MPa的储氢装备长期处于空白，难以满足加氢站、氢燃料电池汽车发展的需要. 为了安全、经济地实现高压氢气的储存，世界各国研发了多种结构形式的高压储氢装备，例如单层无缝瓶式钢制容器、钢内胆碳纤维环向缠绕容器、塑料内胆碳纤维全缠绕容器等[11-12]. 这些容器的单台容积小，钢制容器用高强度钢对高压氢脆敏感，复合材料容器成本高. 为此，浙江大学提出了以抗氢脆焊接薄内筒为核心的全多层储氢容器设计思想（与高压氢气接触的薄内筒采用抗高压氢脆性能优良的材料，其余则采用普通高压容器用钢），创建了基于失效模式的储氢容器设计方法，牵头制定了首部储氢高压容器产品国家标准，主持研制出系列抗氢脆、低成本的全多层储氢高压容器，用于加氢站的98 MPa容器，不但容积达到1 m3，创国际新高，而且寿命长、成本低、安全性好[13].
总体而言，我国在高安全低成本大容量高压储氢方面取得了重要进展，但从氢能快速发展的需求出发，仍需在以下方面加快研究.
高压临氢环境用新材料研发. 目前，储氢装备一般选用已有的通用材料，利用高压氢相容性试验确定其允许使用条件，或通过化学成分调控、制造工艺优化等提高材料的抗氢脆性能. 上述方法难以经济地显著提升材料抗氢脆性能，开发低成本高压临氢环境用新材料是解决该问题的有效途径之一.
此外，在高压氢环境中使用的传感元件用材料会因为高压氢的侵入而导致其电学特性发生显著变化，测试信号漂移现象严重，亟需开发高压氢环境用低溶氢、高稳定性的传感材料.
高压储氢装备安全附件研发. 压力表、安全阀、截止阀等是储氢装备安全运行不可或缺的附件. 目前，上述附件主要依赖进口，价格昂贵，且服役性能有待提高.
本项目受国家重点研发计划（2018YFB1503100）资助.
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