پیشرفت در مخازن ذخیره هیدروژن نوع IV: ترکیب مواد کامپوزیتی برای ایمنی بیشتر

در حال حاضر، رایج‌ترین فناوری‌های ذخیره‌سازی هیدروژن شامل ذخیره‌سازی گازی با فشار بالا، ذخیره‌سازی مایع برودتی و ذخیره‌سازی حالت جامد است. در این میان، ذخیره‌سازی گازی با فشار بالا به دلیل هزینه کم، سوخت‌گیری سریع هیدروژن، مصرف انرژی پایین و ساختار ساده، به عنوان پیشرفته‌ترین فناوری ظاهر شده است و آن را به فناوری ذخیره‌سازی هیدروژن ترجیحی تبدیل کرده است.

چهار نوع مخازن ذخیره هیدروژن:

جدا از مخازن کامپوزیتی نوظهور نوع V بدون آستر داخلی، چهار نوع مخزن ذخیره هیدروژن وارد بازار شده است:

1. مخازن تمام فلزی نوع I: این مخازن ظرفیت بیشتری را در فشارهای کاری از 17.5 تا 20 مگاپاسکال با هزینه کمتر ارائه می دهند. آنها در مقادیر محدود برای کامیون ها و اتوبوس های CNG (گاز طبیعی فشرده) استفاده می شوند.

2. مخازن کامپوزیت با روکش فلزی نوع II: این مخازن آسترهای فلزی (معمولاً فولادی) را با مواد کامپوزیتی که در جهت حلقه پیچیده می شوند ترکیب می کنند. آنها ظرفیت نسبتاً زیادی را در فشارهای کاری بین 26 تا 30 مگاپاسکال با هزینه های متوسط ​​ارائه می دهند. آنها به طور گسترده برای کاربردهای خودروهای CNG استفاده می شوند.

3. مخازن تمام کامپوزیتی نوع III: این مخازن دارای ظرفیت کمتری در فشار کاری بین 30 تا 70 مگاپاسکال، با آسترهای فلزی (فولاد/آلومینیوم) و هزینه های بالاتر هستند. آنها کاربردهایی در وسایل نقلیه پیل سوختی هیدروژنی سبک وزن پیدا می کنند.

4. مخازن کامپوزیتی با پوشش پلاستیکی نوع IV: این مخازن ظرفیت کمتری را در فشار کاری بین 30 تا 70 مگاپاسکال، با آسترهای ساخته شده از موادی مانند پلی آمید (PA6)، پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلاستیک پلی استر (PET) ارائه می دهند. .

مزایای مخازن ذخیره هیدروژن نوع IV:

در حال حاضر، مخازن نوع IV به طور گسترده در بازارهای جهانی مورد استفاده قرار می گیرند، در حالی که تانک های نوع III همچنان بر بازار ذخیره سازی هیدروژن تجاری تسلط دارند.

به خوبی شناخته شده است که وقتی فشار هیدروژن از 30 مگاپاسکال تجاوز می کند، شکنندگی هیدروژن برگشت ناپذیر ممکن است رخ دهد که منجر به خوردگی پوشش فلزی و در نتیجه ایجاد ترک و شکستگی می شود. این وضعیت به طور بالقوه می تواند منجر به نشت هیدروژن و انفجار بعدی شود.

علاوه بر این، فلز آلومینیوم و فیبر کربن در لایه سیم پیچ دارای اختلاف پتانسیل هستند و تماس مستقیم بین آستر آلومینیوم و سیم پیچ فیبر کربن را مستعد خوردگی می کنند. برای جلوگیری از این امر، محققان یک لایه خوردگی تخلیه بین لاینر و لایه سیم پیچ اضافه کرده اند. با این حال، این وزن کلی مخازن ذخیره هیدروژن را افزایش می دهد و بر مشکلات و هزینه های لجستیکی می افزاید.

حمل و نقل ایمن هیدروژن: یک اولویت:
در مقایسه با مخازن نوع III، مخازن ذخیره هیدروژن نوع IV از نظر ایمنی مزایای قابل توجهی دارند. در مرحله اول، مخازن نوع IV از آسترهای غیر فلزی متشکل از مواد کامپوزیتی مانند پلی آمید (PA6)، پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلاستیک پلی استر (PET) استفاده می کنند. پلی آمید (PA6) استحکام کششی عالی، مقاومت در برابر ضربه و دمای ذوب بالا (تا 220 درجه سانتیگراد) را ارائه می دهد. پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) دارای مقاومت حرارتی عالی، مقاومت در برابر ترک خوردگی در برابر تنش محیطی، چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه است. با تقویت این مواد کامپوزیتی پلاستیکی، مخازن نوع IV مقاومت بالایی در برابر شکنندگی و خوردگی هیدروژن نشان می‌دهند که منجر به عمر مفید و ایمنی بیشتر می‌شود. ثانیاً، ماهیت سبک وزن مواد کامپوزیت پلاستیکی، وزن مخازن را کاهش می‌دهد و در نتیجه هزینه‌های لجستیکی کمتری به همراه دارد.

نتیجه گیری:
ادغام مواد کامپوزیتی در مخازن ذخیره هیدروژن نوع IV نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در افزایش ایمنی و عملکرد است. استفاده از آسترهای غیر فلزی مانند پلی آمید (PA6)، پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلاستیک های پلی استر (PET)، مقاومت بهتری در برابر شکنندگی هیدروژن و خوردگی ایجاد می کند. علاوه بر این، ویژگی های سبک وزن این مواد کامپوزیتی پلاستیکی به کاهش وزن و کاهش هزینه های لجستیکی کمک می کند. از آنجایی که مخازن نوع IV در بازارها استفاده گسترده ای پیدا می کنند و مخازن نوع III همچنان غالب هستند، توسعه مداوم فناوری های ذخیره سازی هیدروژن برای تحقق پتانسیل کامل هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پاک بسیار مهم است.