復(fù)合材料的低溫測(cè)試,用于未來的儲(chǔ)氫 復(fù)材云集|復(fù)合材料

2021年12月,Toray Advanced Composites(荷蘭Nijverdal的TAC)宣布與荷蘭(NL)LH2復(fù)合材料儲(chǔ)罐聯(lián)盟合作開發(fā)用于民用航空的長(zhǎng)壽命、全熱塑性復(fù)合LH2儲(chǔ)罐。
項(xiàng)目聯(lián)盟成員之一荷蘭航空航天中心(NLR,Marknesse)的高級(jí)復(fù)合材料科學(xué)家Henri de Vries說:“我們已經(jīng)建立了額外的設(shè)施來測(cè)試20K條件下的復(fù)合材料,并且測(cè)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(hào)運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力架的工作中獲得了經(jīng)驗(yàn),但那是在更高的溫度下,接近80K。即使我們正在測(cè)試熱固性塑料,這主要是為了建立一個(gè)基準(zhǔn)。相反,我們專注于熱塑性塑料,這也是TAC的專長(zhǎng),因?yàn)槲覀円呀?jīng)看到聚芳醚酮[例如PAEK、PEEK、PEKK]等半結(jié)晶聚合物在極低溫度下的有趣特性?!?/p>
根據(jù)de Vries的說法,測(cè)試將需要18個(gè)月。他指出:“第一個(gè)測(cè)試結(jié)果看起來很有希望,我們正在進(jìn)行大量滲透性測(cè)試,以選擇最好的材料?!?/p>
在IV型壓縮氣體氫(CGH2)儲(chǔ)罐中,碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂纏繞在未增強(qiáng)尼龍或高密度聚乙烯(HDPE)襯里上作為滲透屏障。de Vries說:“復(fù)合材料本身并沒有那么糟糕,我們已經(jīng)有一個(gè)在-269°C的液氦中經(jīng)受住了熱循環(huán)。進(jìn)一步的測(cè)試是必要的,但很難在幾個(gè)月內(nèi)完成20年壽命的測(cè)試?!?/p>
英國的ASCEND計(jì)劃正在建立類似的能力,該計(jì)劃提出:“努力為飛機(jī)原始設(shè)備制造商提供潛在解決方案,以生產(chǎn)更高速率、更多復(fù)合材料密集型飛機(jī)部件?!碧貏e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(jī)身結(jié)構(gòu)——包括由合作伙伴Hive Composites開發(fā)的基于納米材料的除冰系統(tǒng)、復(fù)合面板中的集成電線和用于用于未來零排放、凈零飛機(jī)的V型低溫氫氣罐。在儲(chǔ)罐工作包中,目標(biāo)包括探索適用于低溫的復(fù)合材料的全球供應(yīng)鏈,同時(shí)在英國開發(fā)測(cè)試能力以在試件級(jí)別驗(yàn)證低溫性能,并了解纖維纏繞或編織儲(chǔ)罐的制造能力?!?/p>
此外,2022年2月,由波音公司(美國伊利諾伊州芝加哥)設(shè)計(jì)和制造并由NASA管理的新型大型全復(fù)合材料無內(nèi)襯低溫燃料箱通過了一系列關(guān)鍵測(cè)試。該測(cè)試建立在波音公司在航空航天應(yīng)用中安全使用氫氣的豐富經(jīng)驗(yàn)之上,將為波音公司正在進(jìn)行的氫氣作為商業(yè)航空未來潛在能源途徑的研究提供信息。除了用于太空計(jì)劃外,波音公司還完成了五個(gè)氫飛行演示計(jì)劃。
在汽車領(lǐng)域,F(xiàn)orvia(法國南泰爾)實(shí)現(xiàn)清潔交通轉(zhuǎn)型的部分開發(fā)和戰(zhàn)略包括使用熱固性和熱塑性復(fù)合材料的低溫儲(chǔ)氫罐。該公司引入了子公司佛吉亞開發(fā)的低溫儲(chǔ)氫解決方案,利用液態(tài)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(nèi)存儲(chǔ)相同數(shù)量的H2(與700 bar CGH2儲(chǔ)罐相比)。
Forvia與Air Liquide(法國巴黎)合作,還通過制造過冷液態(tài)氫(sLH2)低溫罐(最大壓力約為20bar)來瞄準(zhǔn)重型車輛運(yùn)輸。
低溫壓縮氫(CcH2)由BMW(德國慕尼黑,2006-2013年發(fā)布的報(bào)告)開發(fā)用于汽車,現(xiàn)在由Cryomotive(德國陶夫基興)使用絕緣碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)儲(chǔ)罐系統(tǒng)進(jìn)行推廣。一旦商業(yè)化,Cryomotive用于卡車的全尺寸演示罐的直徑范圍為600至700mm,長(zhǎng)度為2350至2650mm,以二至四罐系統(tǒng)配置容納75至115Kg CcH2氣體。
Cryomotive的聯(lián)合創(chuàng)始人Tobias Brunner博士解釋道:“我們發(fā)現(xiàn),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(gè)沒有人相信的假設(shè),但我們與林德一起建造了一個(gè)泵,并證明我們可以生產(chǎn)30MPa的高壓低溫氣體,密度為80g/L,而LH2的密度為65至70g/L?!?/p>