液氢储罐汽车应用发展缓慢
国外液氢出关已在汽车上应用,而中国还未实现。通用汽车、福特汽车、宝马汽车都已经推出使用车载液氢气瓶的概念车,而中国可以自行生产液氢,但尚未将其应用于车载供氢系统。
当前我国III型瓶已经较为成熟,因为氢气在高压下具有很强的渗透性,所以储氢罐的内衬材料要具有良好的阻隔功能,以保证大部分的气体能够存贮在容器中。
气瓶在长期充放气条件下使用,内胆会产生疲劳裂纹,随着气瓶的使用裂纹不断扩大,导致气瓶的失效形式表现为“未爆先漏”
目前我国已经实施能够适用于35MPa和70MPa的高压储氢瓶的相关标准GB\T35544-2017<车用压缩氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶,根据标准70MPaIII型瓶可以经过检测和试验安全后上车运行,而对于70MPaIV型瓶的标准尚未做出明确规定。
纤维缠绕层可以选择碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维等。以碳纤维为例,日本东丽公司的T700碳纤维的主要技术参数为:抗拉强度σb=4900MPa,弹性模量E =240GPa,延伸率 δ =2.0%。密度d=1.78g/cm3。环氧树脂常被用作碳纤维的基体,其特点为:固化收缩率低,仅1%-3%;固化压力低,基本无挥发成分;粘接好;固化后的树脂具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性能和电绝缘性能;环氧树脂可用于制造各种纤维增强复合材料,特别适用于制造碳纤维增强复合材料。
高压储氢容器内衬的基本要求是抗氢渗能力强,且具备良好的延展性。一般金属的密度较大,考虑到成本、降低容器的自重和防止氢气渗透等多方面原因,金属内衬多采用铝合金,典型牌号如6061。根据美国DOT-CFFC标准,内衬材料主要有如下规定:必须为无缝柱体,铝合金6061制造,回火条件T6 ;可以由冷挤压或热挤压和冷拉制成,也可以由挤压管道和冲模的或者旋转的封头制成;测试前,所有的铝合金6061柱体必须进行固溶热处理和老化热处理,且必须用统一性能的材料制造内衬;内衬外表面必须防止不同的材料(铝和碳纤维)接触导致的电化学腐蚀。
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