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  2. 一文全面了解復(fù)合材料儲(chǔ)氫容器領(lǐng)域的最新進(jìn)展
    2023-10-11 15:54:44 作者:測(cè)了么測(cè)試服務(wù) 來(lái)源:測(cè)了么測(cè)試服務(wù) 分享至:

     

    目前,最成熟的儲(chǔ)氫技術(shù)是在高壓罐中儲(chǔ)存壓縮氣體。液氫儲(chǔ)存是一種更昂貴的選擇,專用儲(chǔ)罐和保持低溫所需的隔熱材料的前期成本更高。金屬氫化物和化學(xué)氫化物存儲(chǔ)是較新的技術(shù),具有更高的存儲(chǔ)密度和安全性,但它們可能比壓縮氣體或液態(tài)氫存儲(chǔ)昂貴得多。


     

    1、高壓儲(chǔ)

    儲(chǔ)氫壓力容器有四種常見(jiàn)的形式:I型、II型、III型和IV型(見(jiàn)下圖)。I型容器為全金屬(一般為鋼)結(jié)構(gòu),因此也是最重的,它們主要用于工業(yè)中的固定用途。在200–300巴的壓力下,I型容器儲(chǔ)存了全球約1%的氫氣。II型壓力容器的重量小于I型,其金屬襯里外部套有復(fù)合材料(環(huán)向)。I型和II型容器均不適合車輛應(yīng)用,因?yàn)楦哔|(zhì)量導(dǎo)致它們的儲(chǔ)氫密度低。

     

    III型容器采用了金屬內(nèi)襯并全包裹了復(fù)合材料,可起到氫滲透屏障的作用。金屬襯里通常為鋁(Al)結(jié)構(gòu),可消除脆化并提供超過(guò)5%的機(jī)械阻力。III型容器更適合車輛應(yīng)用,但是它們價(jià)格更高。III型容器在高達(dá)450 bar的壓力下被證明是可靠的,但是,超過(guò)700巴的壓力循環(huán)測(cè)試仍然存在問(wèn)題。

     

    然而,由于碳纖維的成本很高,它們的價(jià)格也是高得令人望而卻步。成本估算表明碳纖維約占儲(chǔ)罐成本的75%。V型儲(chǔ)罐處于設(shè)計(jì)階段,可能使用更緊密連接的熱塑性內(nèi)襯和復(fù)合材料結(jié)構(gòu);復(fù)合材料和內(nèi)襯將由相同的熱塑性聚合物制成,但需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)以確保這些儲(chǔ)罐在使用中的安全性。


     

    當(dāng)考慮不同類型的儲(chǔ)氫容器時(shí),成本是一個(gè)關(guān)鍵因素。壓縮氣體儲(chǔ)存通常是最具成本效益的選擇,每公斤氫氣儲(chǔ)存能力的成本相對(duì)較低。然而,儲(chǔ)罐可能會(huì)很笨重,而且需要經(jīng)常加注。

     

    高壓儲(chǔ)氫技術(shù)的選擇將取決于幾個(gè)因素,包括應(yīng)用、所需的存儲(chǔ)容量和成本效益。下表給出了不同類型的儲(chǔ)氫罐及其特點(diǎn)。

     


    2、低溫儲(chǔ)氫

     

    氫氣也可以作為低溫液體在大氣壓下和壓縮氫中儲(chǔ)存。低溫儲(chǔ)氫比壓縮儲(chǔ)氫更好,因?yàn)樗踩加玫目臻g更少。當(dāng)氫氣以液體形式儲(chǔ)存時(shí),其體積密度會(huì)上升。在氫氣沸點(diǎn)(253°C)和大氣壓下,液態(tài)氫(liquid hydrogen,LH2)的理論體積密度為70g/L,而在室溫下,350巴和700巴的壓縮氫氣的理論體積濃度分別為24 g/L和40 g/L。

     

     

    使用液氫的主要問(wèn)題是,產(chǎn)生液體比壓縮氣體需要更多的能量。氫氣的臨界溫度為−240°C,超過(guò)該溫度就無(wú)法冷凝。由于氫的沸點(diǎn)很低,所以它只能在低溫下以液體的形式儲(chǔ)存。因此,必須采用昂貴的成本進(jìn)行冷卻。


    這一能源密集型過(guò)程使用了氫氣中25-40%的能量,而將氫氣壓縮成氣體只使用了10%的能量。因此,LH2低溫容器必須進(jìn)行真空隔熱,以保持如此低的溫度。它們通常有兩面墻,中間有一個(gè)真空,以防止熱量逸出。然而,蒸發(fā)損失是無(wú)法避免的,因?yàn)閬?lái)自環(huán)境的熱量會(huì)流入LH2并通過(guò)其他部分,每天蒸發(fā)損失可高達(dá)0.4%。在制造低溫氫氣容器時(shí),主要目標(biāo)之一是確保液體的表面積盡可能小,這將防止熱量從大氣進(jìn)入液體。


    如果儲(chǔ)罐在一個(gè)狹小的空間內(nèi),蒸發(fā)損失可能是極其危險(xiǎn)的。例如,如果一輛裝有低溫氫罐的汽車被放在封閉的車庫(kù)里幾天,氫可能會(huì)蒸發(fā)并引發(fā)火災(zāi)。寶馬已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了可以使用汽油和低溫氫氣的內(nèi)燃機(jī)汽車。還有使用液氫的太空應(yīng)用和中大型運(yùn)輸實(shí)例。除了可以裝載約4000公斤氫氣的LH2拖車外,LH2船還可以在全球范圍內(nèi)運(yùn)輸氫氣。川崎重工有限公司目前正在生產(chǎn)LH2船,可容納11500噸(160000立方米)的H2。

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