Postęp w zakresie zbiorników do magazynowania wodoru typu IV: włączanie materiałów kompozytowych w celu zwiększenia bezpieczeństwa

Obecnie najpowszechniejsze technologie magazynowania wodoru obejmują magazynowanie gazu pod wysokim ciśnieniem, magazynowanie cieczy kriogenicznej i magazynowanie w stanie stałym. Spośród nich magazynowanie gazu pod wysokim ciśnieniem stało się najbardziej dojrzałą technologią ze względu na niski koszt, szybkie tankowanie wodoru, niskie zużycie energii i prostą strukturę, co czyni je preferowaną technologią magazynowania wodoru.

Cztery rodzaje zbiorników do magazynowania wodoru:

Oprócz pojawiających się zbiorników kompozytowych typu V bez wewnętrznych wkładek, na rynku pojawiły się cztery rodzaje zbiorników do magazynowania wodoru:

1. Zbiorniki całkowicie metalowe typu I: Te zbiorniki oferują większą pojemność przy ciśnieniu roboczym od 17,5 do 20 MPa, przy niższych kosztach. Są używane w ograniczonych ilościach w ciężarówkach i autobusach zasilanych CNG (sprężonym gazem ziemnym).

2. Zbiorniki kompozytowe typu II z metalową wyściółką: Te zbiorniki łączą metalowe wyściółki (zwykle stalowe) z materiałami kompozytowymi nawiniętymi w kierunku obręczy. Zapewniają stosunkowo dużą pojemność przy ciśnieniu roboczym od 26 do 30 MPa, przy umiarkowanych kosztach. Są szeroko stosowane w pojazdach zasilanych CNG.

3. Zbiorniki typu III w całości kompozytowe: Te zbiorniki charakteryzują się mniejszą pojemnością przy ciśnieniu roboczym od 30 do 70 MPa, z wkładkami metalowymi (stal/aluminium) i wyższymi kosztami. Znajdują zastosowanie w lekkich pojazdach z ogniwami paliwowymi wodorowymi.

4. Zbiorniki kompozytowe wyłożone tworzywem sztucznym typu IV: Zbiorniki te oferują mniejszą pojemność przy ciśnieniu roboczym od 30 do 70 MPa, a ich wyściółki wykonane są z materiałów takich jak poliamid (PA6), polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) i tworzywa sztuczne poliestrowe (PET).

Zalety zbiorników do magazynowania wodoru typu IV:

Obecnie zbiorniki typu IV są powszechnie stosowane na rynkach światowych, podczas gdy zbiorniki typu III nadal dominują na rynku komercyjnego magazynowania wodoru.

Wiadomo, że gdy ciśnienie wodoru przekracza 30 MPa, może wystąpić nieodwracalna kruchość wodorowa, prowadząca do korozji metalowej wkładki i powodująca pęknięcia i złamania. Taka sytuacja może potencjalnie prowadzić do wycieku wodoru i późniejszej eksplozji.

Ponadto aluminium i włókno węglowe w warstwie uzwojenia mają różnicę potencjałów, co sprawia, że ​​bezpośredni kontakt między aluminiową wykładziną a uzwojeniem z włókna węglowego jest podatny na korozję. Aby temu zapobiec, naukowcy dodali warstwę korozji wyładowczej między wykładziną a warstwą uzwojenia. Jednak zwiększa to całkowitą masę zbiorników do magazynowania wodoru, co zwiększa trudności logistyczne i koszty.

Bezpieczny transport wodoru: priorytet:
W porównaniu do zbiorników typu III, zbiorniki do magazynowania wodoru typu IV oferują znaczące korzyści pod względem bezpieczeństwa. Po pierwsze, zbiorniki typu IV wykorzystują niemetalowe wkładki składające się z materiałów kompozytowych, takich jak poliamid (PA6), polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) i tworzywa sztuczne poliestrowe (PET). Poliamid (PA6) oferuje doskonałą wytrzymałość na rozciąganie, odporność na uderzenia i wysoką temperaturę topnienia (do 220℃). Polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) wykazuje doskonałą odporność na ciepło, odporność na pęknięcia naprężeniowe w środowisku, wytrzymałość i odporność na uderzenia. Dzięki wzmocnieniu tymi materiałami kompozytowymi z tworzyw sztucznych zbiorniki typu IV wykazują doskonałą odporność na kruchość wodorową i korozję, co skutkuje dłuższą żywotnością i zwiększonym bezpieczeństwem. Po drugie, lekka natura materiałów kompozytowych z tworzyw sztucznych zmniejsza wagę zbiorników, co skutkuje niższymi kosztami logistycznymi.

Wniosek:
Integracja materiałów kompozytowych w zbiornikach do magazynowania wodoru typu IV stanowi znaczący postęp w zwiększaniu bezpieczeństwa i wydajności. Przyjęcie niemetalowych wkładek, takich jak poliamid (PA6), polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) i tworzywa sztuczne poliestrowe (PET), zapewnia lepszą odporność na kruchość wodorową i korozję. Ponadto lekkie właściwości tych plastikowych materiałów kompozytowych przyczyniają się do zmniejszenia masy i niższych kosztów logistycznych. Ponieważ zbiorniki typu IV zyskują szerokie zastosowanie na rynkach, a zbiorniki typu III pozostają dominujące, ciągły rozwój technologii magazynowania wodoru ma kluczowe znaczenie dla wykorzystania pełnego potencjału wodoru jako czystego źródła energii.