В настоящее время наиболее распространёнными технологиями хранения водорода являются хранение водорода в газообразном состоянии высокого давления, хранение водорода в криогенной жидкости и хранение водорода в твердотельном состоянии. Среди них хранение водорода в газообразном состоянии высокого давления является наиболее отработанной технологией благодаря низкой стоимости, быстрой заправке водородом, низкому энергопотреблению и простоте конструкции, что делает его предпочтительным вариантом для хранения водорода.
Четыре типа резервуаров для хранения водорода:
Помимо новых композитных баков типа V без внутренних вкладышей, на рынке появилось четыре типа резервуаров для хранения водорода:
1.Цельнометаллические баллоны типа I: Эти баллоны обеспечивают большую вместимость при рабочем давлении от 17,5 до 20 МПа и более низкую стоимость. Они используются в ограниченных количествах для грузовых автомобилей и автобусов, работающих на сжатом природном газе (КПГ).
2. Композитные баки с металлической облицовкой типа II: эти баки сочетают в себе металлическую облицовку (обычно сталь) и композитные материалы, намотанные по окружности. Они обеспечивают относительно большую вместимость при рабочем давлении от 26 до 30 МПа при умеренной стоимости. Они широко используются в газовых транспортных средствах.
3. Полностью композитные баки типа III: Эти баки имеют меньшую вместимость при рабочем давлении от 30 до 70 МПа, с металлическими лейнерами (сталь/алюминий) и более высокую стоимость. Они находят применение в лёгких автомобилях на водородных топливных элементах.
4. Композитные резервуары с пластиковым покрытием типа IV: эти резервуары имеют меньшую емкость при рабочем давлении от 30 до 70 МПа и имеют покрытие из таких материалов, как полиамид (PA6), полиэтилен высокой плотности (HDPE) и полиэфирные пластики (PET).
Преимущества резервуаров для хранения водорода типа IV:
В настоящее время резервуары типа IV широко используются на мировых рынках, в то время как резервуары типа III по-прежнему доминируют на рынке коммерческого хранения водорода.
Известно, что при давлении водорода свыше 30 МПа может возникнуть необратимая водородная хрупкость, приводящая к коррозии металлической оболочки и образованию трещин и сколов. Это 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 алюминиевой оболочкой и обмоткой из углеродного волокна подверженным коррозии. Чтобы предотвратить это, исследователи добавили между оболочкой и слоем обмотки слой, защищающий от коррозии. Однако это увеличивает общий вес резервуаров для хранения водорода, что приводит к логистическим сложностям и расходам.
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 вкладыши из композитных материалов, таких как полиамид (PA6), полиэтилен высокой плотности (HDPE) и полиэфирные пластики (PET). Полиамид (PA6) обладает превосходной прочностью на разрыв, ударопрочностью и высокой температурой плавления (до 220 ℃). Полиэтилен высокой плотности (HDPE) обладает превосходной термостойкостью, стойкостью к растрескиванию под воздействием окружающей среды, прочностью и ударопрочностью. Благодаря армированию этими пластиковыми композитными материалами резервуары типа IV демонстрируют превосходную стойкость к водородному охрупчиванию и коррозии, что приводит к увеличению срока службы и повышению безопасности. Во-вторых, лёгкость пластиковых композитных материалов снижает вес резервуаров, что приводит к снижению логистических расходов.
Заключение:
Использование композитных материалов в резервуарах для хранения водорода типа IV представляет собой значительный шаг вперёд в повышении безопасности и производительности. Использование неметаллических облицовок, таких как полиамид (PA6), полиэтилен высокой плотности (HDPE) и полиэфирные пластики (PET), обеспечивает повышенную стойкость к водородному охрупчиванию и коррозии. Более того, лёгкость этих пластиковых композитных материалов способствует снижению веса и снижению логистических расходов. Поскольку резервуары типа IV получают всё более широкое распространение на рынке, а резервуары типа III продолжают доминировать, постоянное развитие технологий хранения водорода имеет решающее значение для полной реализации потенциала водорода как источника чистой энергии.
Время публикации: 17 ноября 2023 г.