清华大学深圳国际研究生院Avik Kumar DAS团队在氢能储存技术领域取得新进展

氢能作为21世纪最具潜力的清洁能源，其储存技术一直是产业化瓶颈。传统金属高压容器面临制造成本高、脆性开裂和氢脆风险等挑战。

清华大学深圳国际研究生院Avik Kumar DAS团队提出了一种双层工程水泥基复合材料-钢复合氢储存容器（DECC-SCV），通过材料与结构优化，显著提升储氢效率和安全性。该设计减少钢材用量19.7%，为氢能基础设施建设提供技术支撑。

图1 双层工程水泥基复合材料-钢复合氢储存容器示意图

图2 多目标多深度优化系统（MOMD）

图3 有限元分析得到的应力云图（部分）

核心研究发现，拓扑优化后（M-2000-750模型），应力集中因子最大值降低34.2%，应力分布标准差下降70.0%，ECC层体积减少23.1%。最大工作氢压从20-40 MPa提升至60 MPa，钢层应力保持在屈服强度内（<235 MPa），且80 MPa下ECC最大拉伸应力为4.988 MPa（低于极限5 MPa）。内层ECC（厚度20mm）基于Fick定律延迟氢渗透至钢层达316年。ECC替代混凝土减少钢层厚度19.7%，整体重量降低17.8%，钢材成本下降17.76%。

图4 a)最大拉应力-D&a曲线，b)应力集中系数-D&a曲线，c)应力分布标准差分析-D&a曲线。

相关成果以“一种新型储氢容器设计：具有更强结构性能和耐久性的双层ECC-钢复合储氢容器”（A novel hydrogen storage vessel design: Double-layer ECC-steel composite vessel (DECC-SCV) for enahanced structural performance and durability）为题发表在国际期刊国际氢能杂志（International Journal of Hydrogen Energy）上。论文第一作者、通讯作者为海洋工程研究院Avik Kumar DAS助理教授，其他合作者包括香港科技大学梁坚凝教授、海洋工程研究院2024级博士生蒋金成。

论文链接：10.1016/j.ijhydene.2025.150718

文/图：Avik Kumar DAS、蒋金成

编辑：彭锦涛

审核：王希林