В настоящее время наиболее распространенные технологии хранения водорода включают хранение газа под высоким давлением, хранение криогенной жидкости и хранение в твердом состоянии. Среди них хранение газа под высоким давлением стало наиболее зрелой технологией из-за его низкой стоимости, быстрой дозаправки водородом, низкого энергопотребления и простой структуры, что делает его предпочтительной технологией хранения водорода.
Четыре типа резервуаров для хранения водорода:
Помимо появляющихся полностью композитных резервуаров типа V без внутренних облицовок, на рынок вышли четыре типа резервуаров для хранения водорода:
1. Цельнометаллические резервуары типа I: эти резервуары имеют большую вместимость при рабочем давлении от 17,5 до 20 МПа при меньших затратах. Они используются в ограниченных количествах для грузовых автомобилей и автобусов, работающих на сжатом природном газе.
2. Композитные резервуары с металлической футеровкой типа II. В этих резервуарах металлические лейнеры (обычно стальные) сочетаются с композитными материалами, намотанными в кольцевом направлении. Они обеспечивают относительно большую производительность при рабочем давлении от 26 до 30 МПа при умеренных затратах. Они широко используются в транспортных средствах, работающих на сжатом природном газе.
3. Цельнокомпозитные резервуары типа III: эти резервуары имеют меньшую емкость при рабочем давлении от 30 до 70 МПа, имеют металлические футеровки (сталь/алюминий) и более высокую стоимость. Они находят применение в легких транспортных средствах на водородных топливных элементах.
4. Композитные резервуары с пластиковой футеровкой типа IV: эти резервуары имеют меньшую емкость при рабочем давлении от 30 до 70 МПа, с футеровками из таких материалов, как полиамид (PA6), полиэтилен высокой плотности (HDPE) и полиэфирные пластмассы (ПЭТ). .
Преимущества резервуаров для хранения водорода типа IV:
В настоящее время резервуары типа IV широко используются на мировых рынках, тогда как резервуары типа III по-прежнему доминируют на рынке коммерческого хранения водорода.
Хорошо известно, что при давлении водорода более 30 МПа может возникнуть необратимое водородное охрупчивание, приводящее к коррозии металлической гильзы и приводящее к образованию трещин и разрушений. Такая ситуация потенциально может привести к утечке водорода и последующему взрыву.
Кроме того, металлический алюминий и углеродное волокно в слое обмотки имеют разность потенциалов, что делает прямой контакт между алюминиевым вкладышем и обмоткой из углеродного волокна подверженным коррозии. Чтобы предотвратить это, исследователи добавили слой коррозии от разряда между вкладышем и слоем обмотки. Однако это увеличивает общий вес резервуаров для хранения водорода, увеличивая логистические трудности и затраты.
Безопасная транспортировка водорода: приоритет:
По сравнению с резервуарами типа III, резервуары для хранения водорода типа IV обладают значительными преимуществами с точки зрения безопасности. Во-первых, в резервуарах типа IV используются неметаллические лейнеры, состоящие из композитных материалов, таких как полиамид (PA6), полиэтилен высокой плотности (HDPE) и полиэфирный пластик (ПЭТ). Полиамид (PA6) обладает превосходной прочностью на разрыв, ударопрочностью и высокой температурой плавления (до 220 ℃). Полиэтилен высокой плотности (HDPE) обладает превосходной термостойкостью, устойчивостью к растрескиванию под воздействием окружающей среды, ударной вязкостью и ударопрочностью. Благодаря усилению этих пластиковых композитных материалов резервуары типа IV демонстрируют превосходную устойчивость к водородному охрупчиванию и коррозии, что приводит к увеличению срока службы и повышению безопасности. Во-вторых, легкий вес пластиковых композиционных материалов снижает вес резервуаров, что приводит к снижению логистических затрат.
Заключение:
Использование композитных материалов в резервуарах для хранения водорода типа IV представляет собой значительный прогресс в повышении безопасности и производительности. Использование неметаллических футеровок, таких как полиамид (PA6), полиэтилен высокой плотности (HDPE) и полиэфирные пластики (PET), обеспечивает повышенную устойчивость к водородному охрупчиванию и коррозии. Более того, легкие характеристики этих пластиковых композиционных материалов способствуют снижению веса и логистических затрат. Поскольку резервуары типа IV получают широкое распространение на рынках, а резервуары типа III остаются доминирующими, постоянное развитие технологий хранения водорода имеет решающее значение для реализации всего потенциала водорода как экологически чистого источника энергии.
Время публикации: 17 ноября 2023 г.