複合材料的低溫測試,用於未來的儲氫 復材雲集|複合材料

復材雲集 發佈 2024-03-12T12:00:21.642622+00:00

在過去幾年中,複合低溫儲罐創新一直瞄準太空和航空航天市場。隨著全球向清潔、零排放運輸的轉變,氫繼續占據主導地位,熱固性和熱塑性儲罐選項的開發已經走到了最前沿——即使在汽車領域也是如此。

在過去幾年中,複合低溫儲罐創新一直瞄準太空和航空航天市場。隨著全球向清潔、零排放運輸的轉變,氫繼續占據主導地位,熱固性和熱塑性儲罐選項的開發已經走到了最前沿——即使在汽車領域也是如此。

2021年12月,Toray Advanced Composites(荷蘭Nijverdal的TAC)宣布與荷蘭(NL)LH2複合材料儲罐聯盟合作開發用於民用航空的長壽命、全熱塑性複合LH2儲罐。

項目聯盟成員之一荷蘭航空航天中心(NLR,Marknesse)的高級複合材料科學家Henri de Vries說:「我們已經建立了額外的設施來測試20K條件下的複合材料,並且測量它們是否可以抵抗層壓板中的微裂紋和H2滲透。我們從阿麗亞娜6號運載火箭發動機推力架的工作中獲得了經驗,但那是在更高的溫度下,接近80K。即使我們正在測試熱固性塑料,這主要是為了建立一個基準。相反,我們專注於熱塑性塑料,這也是TAC的專長,因為我們已經看到聚芳醚酮[例如PAEK、PEEK、PEKK]等半結晶聚合物在極低溫度下的有趣特性。」

根據de Vries的說法,測試將需要18個月。他指出:「第一個測試結果看起來很有希望,我們正在進行大量滲透性測試,以選擇最好的材料。」

在IV型壓縮氣體氫(CGH2)儲罐中,碳纖維增強環氧樹脂纏繞在未增強尼龍或高密度聚乙烯(HDPE)襯裡上作為滲透屏障。de Vries說:「複合材料本身並沒有那麼糟糕,我們已經有一個在-269°C的液氦中經受住了熱循環。進一步的測試是必要的,但很難在幾個月內完成20年壽命的測試。」

英國的ASCEND計劃正在建立類似的能力,該計劃提出:「努力為飛機原始設備製造商提供潛在解決方案,以生產更高速率、更多複合材料密集型飛機部件。」特別是在主題4:電氣化和多功能中,值得注意的是:「這些工作包將引入集成的多功能機身結構——包括由合作夥伴Hive Composites開發的基於納米材料的除冰系統、複合面板中的集成電線和用於用於未來零排放、淨零飛機的V型低溫氫氣罐。在儲罐工作包中,目標包括探索適用於低溫的複合材料的全球供應鏈,同時在英國開發測試能力以在試件級別驗證低溫性能,並了解纖維纏繞或編織儲罐的製造能力。」

此外,2022年2月,由波音公司(美國伊利諾州芝加哥)設計和製造並由NASA管理的新型大型全複合材料無內襯低溫燃料箱通過了一系列關鍵測試。該測試建立在波音公司在航空航天應用中安全使用氫氣的豐富經驗之上,將為波音公司正在進行的氫氣作為商業航空未來潛在能源途徑的研究提供信息。除了用於太空計劃外,波音公司還完成了五個氫飛行演示計劃。

在汽車領域,Forvia(法國南泰爾)實現清潔交通轉型的部分開發和戰略包括使用熱固性和熱塑性複合材料的低溫儲氫罐。該公司引入了子公司佛吉亞開發的低溫儲氫解決方案,利用液態氫(LH2)的更高能量密度。它以更緊湊的版本提供,能夠在減少40%的體積內存儲相同數量的H2(與700 bar CGH2儲罐相比)。

Forvia與Air Liquide(法國巴黎)合作,還通過製造過冷液態氫(sLH2)低溫罐(最大壓力約為20bar)來瞄準重型車輛運輸。

低溫壓縮氫(CcH2)由BMW(德國慕尼黑,2006-2013年發布的報告)開發用於汽車,現在由Cryomotive(德國陶夫基興)使用絕緣碳纖維增強聚合物(CFRP)儲罐系統進行推廣。一旦商業化,Cryomotive用於卡車的全尺寸演示罐的直徑範圍為600至700mm,長度為2350至2650mm,以二至四罐系統配置容納75至115Kg CcH2氣體。

Cryomotive的聯合創始人Tobias Brunner博士解釋道:「我們發現,如果將LH2壓縮成30或40MPa[300或400bar]的低溫氣體,基本上可以增加其密度,這是第一個沒有人相信的假設,但我們與林德一起建造了一個泵,並證明我們可以生產30MPa的高壓低溫氣體,密度為80g/L,而LH2的密度為65至70g/L。」

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