Zu den derzeit gängigsten Wasserstoffspeichertechnologien zählen die Hochdruck-Gasspeicherung, die kryogene Flüssigkeitsspeicherung und die Festkörperspeicherung. Unter diesen hat sich die Hochdruck-Gasspeicherung aufgrund ihrer geringen Kosten, der schnellen Wasserstoffbetankung, des geringen Energieverbrauchs und der einfachen Struktur als die ausgereifteste Technologie herausgestellt, was sie zur bevorzugten Wasserstoffspeichertechnologie macht.
Vier Arten von Wasserstoffspeichertanks:
Neben den aufkommenden Vollverbundtanks vom Typ V ohne Innenauskleidung sind vier Arten von Wasserstoffspeichertanks auf den Markt gekommen:
1. Ganzmetalltanks vom Typ I: Diese Tanks bieten eine größere Kapazität bei Arbeitsdrücken von 17,5 bis 20 MPa und sind gleichzeitig kostengünstiger. Sie werden in begrenzten Mengen für CNG-Lastkraftwagen und -Busse (komprimiertes Erdgas) verwendet.
2. Verbundtanks mit Metallauskleidung vom Typ II: Diese Tanks kombinieren Metallauskleidungen (normalerweise Stahl) mit Verbundmaterialien, die in Ringrichtung gewickelt sind. Sie bieten eine relativ große Kapazität bei Arbeitsdrücken zwischen 26 und 30 MPa bei moderaten Kosten. Sie werden häufig für CNG-Fahrzeuganwendungen eingesetzt.
3. Vollverbundtanks vom Typ III: Diese Tanks verfügen über ein geringeres Fassungsvermögen bei Arbeitsdrücken zwischen 30 und 70 MPa, mit Metallauskleidungen (Stahl/Aluminium) und höheren Kosten. Sie finden Anwendung in leichten Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen.
4. Mit Kunststoff ausgekleidete Verbundtanks vom Typ IV: Diese Tanks bieten ein geringeres Fassungsvermögen bei Arbeitsdrücken zwischen 30 und 70 MPa, mit Auskleidungen aus Materialien wie Polyamid (PA6), hochdichtem Polyethylen (HDPE) und Polyesterkunststoffen (PET). .
Vorteile von Wasserstoffspeichertanks vom Typ IV:
Derzeit sind Tanks vom Typ IV auf den Weltmärkten weit verbreitet, während Tanks vom Typ III immer noch den Markt für kommerzielle Wasserstoffspeicherung dominieren.
Es ist bekannt, dass bei einem Wasserstoffdruck über 30 MPa eine irreversible Wasserstoffversprödung auftreten kann, die zur Korrosion der Metallauskleidung und damit zu Rissen und Brüchen führt. Diese Situation kann möglicherweise zu einem Wasserstoffaustritt und einer anschließenden Explosion führen.
Darüber hinaus weisen Aluminiummetall und Kohlefaser in der Wickelschicht einen Potenzialunterschied auf, wodurch der direkte Kontakt zwischen der Aluminiumauskleidung und der Kohlefaserwicklung anfällig für Korrosion ist. Um dies zu verhindern, haben Forscher zwischen Liner und Wickelschicht eine Entladungskorrosionsschicht angebracht. Allerdings erhöht sich dadurch das Gesamtgewicht der Wasserstoffspeichertanks, was zu logistischen Schwierigkeiten und Kosten führt.
Sicherer Wasserstofftransport: Priorität:
Im Vergleich zu Tanks vom Typ III bieten Wasserstoffspeichertanks vom Typ IV erhebliche Sicherheitsvorteile. Erstens verwenden Tanks vom Typ IV nichtmetallische Auskleidungen aus Verbundwerkstoffen wie Polyamid (PA6), hochdichtem Polyethylen (HDPE) und Polyesterkunststoffen (PET). Polyamid (PA6) bietet eine hervorragende Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und eine hohe Schmelztemperatur (bis zu 220℃). Hochdichtes Polyethylen (HDPE) weist eine hervorragende Hitzebeständigkeit, Rissbeständigkeit, Zähigkeit und Schlagfestigkeit auf. Durch die Verstärkung dieser Kunststoffverbundmaterialien weisen Tanks des Typs IV eine überlegene Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung und Korrosion auf, was zu einer längeren Lebensdauer und erhöhter Sicherheit führt. Zweitens reduziert die leichte Beschaffenheit der Kunststoffverbundmaterialien das Gewicht der Tanks, was zu geringeren Logistikkosten führt.
Abschluss:
Die Integration von Verbundwerkstoffen in Wasserstoffspeichertanks vom Typ IV stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Verbesserung von Sicherheit und Leistung dar. Der Einsatz von nichtmetallischen Auskleidungen wie Polyamid (PA6), hochdichtem Polyethylen (HDPE) und Polyesterkunststoffen (PET) sorgt für eine verbesserte Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung und Korrosion. Darüber hinaus tragen die leichten Eigenschaften dieser Kunststoffverbundmaterialien zu einer Gewichtsreduzierung und geringeren Logistikkosten bei. Da Tanks des Typs IV auf den Märkten immer häufiger zum Einsatz kommen und Tanks des Typs III weiterhin dominieren, ist die kontinuierliche Entwicklung von Wasserstoffspeichertechnologien von entscheidender Bedeutung, um das volle Potenzial von Wasserstoff als saubere Energiequelle auszuschöpfen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 17. November 2023