离子液体氢气压缩机能够高效、安全的将氢气进行增压处理，是加氢站的核心设备，其加压性 能对氢气的传输和利用效率影响极大。所提出的离子液体氢气压缩机由气阀组件、液压部件、离子 液体、活塞、卸荷阀等部件组成，如图 1 所示。离子液体铺设在固体活塞上，在液压油驱动下推动 固体活塞进而带动离子液体实现往复运动，从而完成对氢气的压缩。

图 1  离子液体氢气压缩机的结构图

       所提出的离子液体氢气压缩机采用离子液体构建液体活塞代替传统的固体金属活塞，离子液体 具有蒸汽压低、电化学和化学性能稳定、热稳定性好、离子电导率高、易燃性低和润滑性优等良好 的性能特点，在压缩机增压过程中能够起到润滑、冷却、密封等效果，有效解决氢气压缩机氢气易污染、能耗高等问题，提高压缩机的增压效率。

        二、技术特点及技术指标：

        2022 年，国家能源局提出“十四五”现代能源体系规划，其主要目标是：能源保障更加安全有力、 能源低碳转型成效显著、能源系统效率大幅提高等。氢能作为一种高热值、多来源、可持续的二次 清洁能源，消耗产生的唯一副产品只有水，具有高效、零污染、零排放的特点，是构建以可再生能 源为主体的多元能源结构的重要载体，故其制取、安全致密储输和高效利用技术已成为世界能源技 术变革的重要方向。

        氢燃料电池汽车是氢能源在交通运输行业利用的终端，代替了传统的燃油车，其推广应用能够 显著减少温室气体排放。而在氢燃料电池车发展过程中，加氢站是实现氢气的大规模储输，为其供 给氢气的保障性基础设施。其中氢气压缩机能够高效、安全的将氢气进行增压处理，是加氢站的核 心设备，也是加氢站产生故障的主要因素之一。

       目前全球加氢站用氢气压缩机主要有隔膜式、液驱活塞式和离子液体式这三种结构型式。其中 隔膜式压缩机主要依靠活塞挤压液压油，从而带动金属膜片往复运动形成周期性变化腔室完成对氢 气的压缩[；液驱活塞式压缩机是利用液压系统驱动活塞往复运动，进而实现介质增压；离子液体氢 气压缩机则使用离子液体在固体活塞端部构建液体活塞进行气体压缩。由于离子液体具有蒸汽压  低、电化学和化学性能稳定、热稳定性好、离子电导率高、易燃性低和润滑性优等良好的性能特点， 所以其在压缩过程中即不会污染氢气，还能起到良好的冷却氢气的作用，使压缩过程接近等温压缩。 故离子液体氢气压缩机可以实现大流量与较高的排气压力，能够克服液驱压缩机能耗高、氢气易污 染的缺点，并且与隔膜压缩机相比具有零部件少、可靠性高、易于维护等优点。随着氢能源体系的 长远发展，加氢站建设向着高压方向发展，对氢气压缩机性能也提出更高的要求，离子液体氢气压 缩机因其上述优势将成为未来高压加氢站氢气增压的良好解决方案。

       目前国内外对离子液体氢气压缩机的研究尚起于起步阶段，全球只有德国林德公司具有成熟产 品，属于国外垄断技术，市场成本极高。国际市场液驱活塞式压缩机和隔膜式压缩机为主流产品， 其中国外市场主流为液驱活塞式压缩机和离子液体氢气压缩机，国内市场由于技术和成本限制，市 场主流为隔膜式压缩机，占有率超过 75%。但在氢燃料电池汽车市场规模越来越大、储氢气瓶压力 过渡迭代为 70MPa 的大趋势下，隔膜压缩机不能频繁启停、维护成本高，液驱式压缩机增压效率低 的缺点日渐凸显。因此，使用离子液体活塞代替传统活塞的离子液体氢气压缩机，具有增压效率高、 传热效率好、故障率低、易于维护等显著优势，能够有效地满足我国在氢能体系发展中的基础供给 需求。

       所提出的离子液体氢气压缩机能够打破国外技术垄断，实现我国氢气循环泵驱动燃料电池氢气 循环系统从跟跑到并跑，具有重要战略意义。

       三、应用领域：

       1.  主要面向的行业产业

       随着燃料电池技术的不断发展，加氢站用离子液体氢气压缩机的市场呈现出不断扩大和细分化的趋势。目前，加氢站用离子液体氢气压缩机的市场细分主要包括汽车、航空航天、新能源站、化 工行业、能源存储领域等多个领域。

       汽车领域是离子液体氢气压缩机最主要的应用场景。目前，许多汽车品牌在全球范围内推出了 以氢燃料电池汽车为主的动力产品，这些产品涵盖了城市公交、出租车以及物流运输等多个领域。 随着技术的不断进步和成本的降低，氢燃料电池汽车的储氢密度逐渐提升，市场将继续扩大。其中， 离子液体氢气压缩机作为氢能领域基础设施加氢站的关键部件，是汽车领域一个重要的发展方向， 随着技术进步和成本降低，加氢服务会变得更加高效、可靠和经济实用，其市场需求势必会继续扩 大。因此，离子液体氢气压缩机的发展前景广阔。

       随着氢燃料电池汽车产业的快速发展，氢气压缩机的要求向着高压化和可靠化发展。市场需求 旺盛， 目前的设备技术不能适应发展需要，离子液体氢气压缩机的市场前景非常广阔。

       2.  推广前景

       我国社会经济向着清洁型、节能型方向发展，节能减排、绿色能源成为了国家战略的核心支撑 点。离子液体氢气压缩机行业的市场潜力巨大，具有广阔的应用前景，主要有以下几点原因：

     （1）新能源燃料电池汽车在贯彻落实节能减排和实现碳中和方面发挥着重要作用，根据《中国 氢能源及燃料电池产业白皮书》，至 2025 年中国氢燃料电池车保有量达到 5 万辆，2035 年达到 130 万辆，2050 年达到500 万辆。按 1:1 配套测算，未来仅是氢燃料电池汽车领域就有超百万台的潜在 增长空间，氢燃料电池及氢气循环泵市场发展潜力巨大。

     （2）现有的氢气压缩机效率低、维护成本高。随着社会经济建设向着清洁型和节能型的方向加 速推进，普通氢气压缩机已无法满足氢能市场需求。在这个新的发展阶段，对氢气压缩机的要求更 加迫切和具有挑战性。此外，现有的隔膜压缩机不能频繁启停、故障率高，液驱式压缩机氢气易污 染、能耗高，离子液体氢气压缩机能够有效的改善这些问题。因此，研发一种新型离子液体氢气压 缩机有着很大的产值空间，能够显著降低设备成本，在市场应用中前景广阔。

     （3）本项目以核心关键设备的研发起步，当设备销售趋于稳定时，依托中国石油大学（华东） 的雄厚技术优势，以科研为基础，以关键设备为先导，以技术服务为推动力，具备良好的可持续竞  争优势，项目成长空间广阔。依托中国石油大学（华东）的深远影响以及项目组在流体机械方面的  丰富经验，项目开展具备巨大的竞争优势。

       四、投入需求：

       1.  资金

       确定投资规模：2023 年为本产品研发阶段，研发期为期一年。使用中国石油大学（华东）的实 验场地、试验设备，期间预测研发成本为 900 万元。

       寻找资金来源：引进外部投资，包括自有资金、银行贷款、风险投资、政府支持。

       编制投资预算：通过分析青岛市地区 2023  年用地价格、场地租金、平均人均工资、日常水电 杂项费用以及产品研发所需设备、原材料等价格水平，为达到上述工作内容，现拟定各项费用。

       风险评估和控制：分散投资，资金分散投资于不同的资产类别、行业或地区，减少单一投资的 风险，降低整体投资组合的波动性；设定合理的风险容忍度和止损策略，制定明确的止损策略；根 据资产的表现和目标的变化，调整各类资产的权重分配；通过定期评估和调整，确保投资组合与自 身的风险偏好和目标保持一致。

       寻求合作伙伴：团队与青岛兰石石油装备工程有限公司建立了密切友好的合作关系，也可进行 核心零部件的加工，提供硬件支撑。

        2.  场地

       场地选址：选址于青岛市黄岛区，青岛黄岛区位于青岛市最东端，是青岛市重要的经济窗口， 供应链交通便利性，经济发展迅速，还拥有丰富的矿产资源和海洋资源，为经济发展提供了强有力 的支撑，具有强大的产业基础和良好的产业结构，黄岛区已经形成了以海洋经济、高端装备制造、 信息技术、文化旅游等为主的产业体系。黄岛区具有优秀的人文环境和社会服务。黄岛区社会治安 稳定，政府服务优质，场地选址符合相关的法律法规和环境保护要求。

       场地面积：根据生产设备、生产线、仓库等需求确定所需的场地面积，场地面积约为 5000m3， 充分考虑了产品生产的规模、生产流程和人员活动区域。

       厂房结构和设备布局：厂房结构包括生产车间、仓储区、设备维护区等，生产线布局合理，以 提高生产效率和工作流程的顺畅性。

       环境和设施要求：由专业建筑公司规划，环境需考虑泵的产业化相关，包含通风、排水、废水 处理等功能，设施能包含电力、给排水、通风系统。

       安全防护和管理：配备必要的安全设施和防护设备。包括：

     （1）检测、报警设施：压力、温度、液位、流量、组份等报警设施，可燃气体、有毒有害气体、 氧气等检测和报警设施，用于安全检查和安全数据分析等检验检测设备、仪器。

     （2）设备安全防护设施：防护罩、防护屏、负荷限制器、行程限制器，制动、限速、防雷、防 潮、防晒、防冻、防腐、防渗漏等设施，传动设备安全锁闭设施，电器过载保护设施，静电接地设 施。

     （3）防爆设施：各种电气、仪表的防爆设施，作业场所的防辐射、防静电、防噪音、通风、防 护栏、防滑、防灼烫等设施。

     （4）安全警示标志：包括各种指示、警示作业安全和逃生避难及风向等警示标志。

       环境评估和审批：团队针对场地和设施进行环境评估。通过项目初评、编制环境影响评价报告、 意见征询和环境影响报告审定，获得相关部门的审批和许可。

       团队与专业设计和规划公司合作，共同设计场地和设施，根据具体情况进行场地策划，确保场地和设施符合生产需求和规范。

       3.  设施

       生产设备：液压机、注塑机、机床、测试设备铸设备、机械加工设备（车削加工、铣床加工、 磨床加工、钳工划线、钻孔攻丝）、表面处理设备、半成品入库设备。

       生产线布局：

     （1）原材料储存与供应区域：将原材料储存单独设置在离生产车间较近的地方，方便物料的取 用，同时应配备载物设备。

     （2）加工和装配区域：依据工艺流程安排冲压、车铣、钻攻、装配等工序在不同区域和单元中 进行，尽可能缩短各自之间的距离和时间。

     （3）成品入库和货架管理区域：配置专门负责成品入库、发货和完成货架管理等功能的区域， 确保成品的冷却、入库和发货等工作得到准确高效完成。

     （4）物流配套和库房管理区域：考虑整个生产线物料的进出、库房陈列和搬运等问题，在生产 车间附近设置合适的物流配套和库房管理设施，尽可能将物料储存、搬运和交流等过程优化起来。

       仓储设施：包括配件仓库、生产车间、成品仓库、无尘车间、处理车间。配件仓库的面积为 1000m3 左右，分为两层，第一层高约 2.5m，第二层高约 3m。仓库的设施设备包括叉车、手推车、手动液 压搬运车，托盘、货架。

       实验室和测试设备：拥有多台数控加工中心（型号 MV-50）、数控车床（型号 CKA6126/650）、 数控铣床（型号 XK9650A、TOM850A）；拥有三坐标测量机和 CPC-400C 型光学三维扫描仪，能够 进行设备的加工与检测；拥有 1 台 Dell Xeon SP T7920 型工作站，1 台 Dell PowerEdgeT620 型工作 站，2 台 Dell PowerEdge T320 服务器，常规计算机 10 台，可实现多节点并行计算，拥有多套高性 能商业用 CFD 软件和分析计算软件，如 FLUENT 、ANSYS 等，能够进行开展相关计算。

       环境和安全设施：通风系统、应急照明、消防设备、安全防护设备等。

       办公区及配套设施：办公设施，包括办公室、会议室、员工休息室等，员工福利设施，包括食 堂、娱乐区等。

       基础设施：电力供应、给排水、通讯网络。

温度压力变化

离子液体和热通量分布

气缸热通量变化

       专利授权及申请情况：

       1 、国家发明专利：一种模拟离子液体氢气压缩机的性能试验装置（授权）

       成果受资助及获奖情况：

       1、山东省青创团队项目，2022KJ056 ，离子液体氢压机气液混合增压技术， 2023-01 至 2024-12。

       技术成熟程度： ☑形成样机、样品或软件 

       拟合作方式： ☑合作开发