در حال حاضر، رایج‌ترین فناوری‌های ذخیره‌سازی هیدروژن شامل ذخیره‌سازی گازی فشار بالا، ذخیره‌سازی مایع کرایوژنیک و ذخیره‌سازی حالت جامد است. در این میان، ذخیره‌سازی گازی فشار بالا به دلیل هزینه پایین، سوخت‌گیری سریع هیدروژن، مصرف انرژی پایین و ساختار ساده، به عنوان بالغ‌ترین فناوری ظهور کرده و آن را به فناوری ذخیره‌سازی هیدروژن ترجیحی تبدیل کرده است.
چهار نوع مخزن ذخیره هیدروژن:
جدا از مخازن کامپوزیتی کامل نوع V که بدون آستر داخلی در حال ظهور هستند، چهار نوع مخزن ذخیره‌سازی هیدروژن وارد بازار شده‌اند:
۱. مخازن تمام فلزی نوع اول: این مخازن ظرفیت بیشتری را در فشارهای کاری از ۱۷.۵ تا ۲۰ مگاپاسکال با هزینه کمتر ارائه می‌دهند. آنها در مقادیر محدود برای کامیون‌ها و اتوبوس‌های CNG (گاز طبیعی فشرده) استفاده می‌شوند.
۲. مخازن کامپوزیتی با آستر فلزی نوع دوم: این مخازن، آسترهای فلزی (معمولاً فولادی) را با مواد کامپوزیتی که در جهت حلقه‌ای پیچیده شده‌اند، ترکیب می‌کنند. آنها ظرفیت نسبتاً زیادی را در فشارهای کاری بین ۲۶ تا ۳۰ مگاپاسکال و با هزینه‌های متوسط ارائه می‌دهند. آنها به طور گسترده برای کاربردهای خودروهای CNG استفاده می‌شوند.
۳. مخازن تمام کامپوزیت نوع III: این مخازن در فشارهای کاری بین ۳۰ تا ۷۰ مگاپاسکال ظرفیت کمتری دارند، با آستر فلزی (فولاد/آلومینیوم) و هزینه‌های بالاتر. آنها در وسایل نقلیه پیل سوختی هیدروژنی سبک وزن کاربرد دارند.
۴. مخازن کامپوزیتی با پوشش پلاستیکی نوع چهارم: این مخازن ظرفیت کمتری را در فشارهای کاری بین ۳۰ تا ۷۰ مگاپاسکال ارائه می‌دهند و پوشش‌های آنها از موادی مانند پلی‌آمید (PA6)، پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلاستیک‌های پلی‌استر (PET) ساخته شده است.
مزایای مخازن ذخیره هیدروژن نوع چهارم:
در حال حاضر، مخازن نوع چهارم به طور گسترده در بازارهای جهانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی که مخازن نوع سوم هنوز بر بازار ذخیره‌سازی هیدروژن تجاری تسلط دارند.
کاملاً مشخص است که وقتی فشار هیدروژن از 30 مگاپاسکال بیشتر شود، ممکن است تردی هیدروژنی برگشت‌ناپذیر رخ دهد که منجر به خوردگی آستر فلزی و در نتیجه ترک و شکستگی می‌شود. این وضعیت می‌تواند به طور بالقوه منجر به نشت هیدروژن و انفجار بعدی شود.
علاوه بر این، فلز آلومینیوم و فیبر کربن در لایه سیم‌پیچ اختلاف پتانسیل دارند و تماس مستقیم بین آستر آلومینیومی و سیم‌پیچ فیبر کربن را مستعد خوردگی می‌کنند. برای جلوگیری از این امر، محققان یک لایه خوردگی تخلیه بین آستر و لایه سیم‌پیچ اضافه کرده‌اند. با این حال، این امر وزن کلی مخازن ذخیره‌سازی هیدروژن را افزایش می‌دهد و به مشکلات و هزینه‌های لجستیکی می‌افزاید.
حمل و نقل امن هیدروژن: یک اولویت:
در مقایسه با مخازن نوع III، مخازن ذخیره‌سازی هیدروژن نوع IV از نظر ایمنی مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهند. اولاً، مخازن نوع IV از آسترهای غیرفلزی متشکل از مواد کامپوزیتی مانند پلی‌آمید (PA6)، پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلاستیک‌های پلی‌استر (PET) استفاده می‌کنند. پلی‌آمید (PA6) استحکام کششی عالی، مقاومت در برابر ضربه و دمای ذوب بالا (تا 220 درجه سانتیگراد) را ارائه می‌دهد. پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) مقاومت حرارتی عالی، مقاومت در برابر ترک‌خوردگی ناشی از تنش محیطی، چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه را از خود نشان می‌دهد. با تقویت این مواد کامپوزیت پلاستیکی، مخازن نوع IV مقاومت برتر در برابر شکنندگی هیدروژنی و خوردگی را نشان می‌دهند که منجر به افزایش طول عمر و افزایش ایمنی می‌شود. ثانیاً، ماهیت سبک مواد کامپوزیت پلاستیکی، وزن مخازن را کاهش می‌دهد و در نتیجه هزینه‌های لجستیکی کمتری را به همراه دارد.
نتیجه‌گیری:
ادغام مواد کامپوزیتی در مخازن ذخیره‌سازی هیدروژن نوع IV نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در افزایش ایمنی و عملکرد است. استفاده از آسترهای غیرفلزی مانند پلی‌آمید (PA6)، پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلاستیک‌های پلی‌استر (PET)، مقاومت بهبود یافته‌ای را در برابر شکنندگی هیدروژنی و خوردگی فراهم می‌کند. علاوه بر این، ویژگی‌های سبک وزن این مواد کامپوزیتی پلاستیکی به کاهش وزن و کاهش هزینه‌های لجستیکی کمک می‌کند. از آنجایی که مخازن نوع IV به طور گسترده در بازارها مورد استفاده قرار می‌گیرند و مخازن نوع III همچنان غالب هستند، توسعه مداوم فناوری‌های ذخیره‌سازی هیدروژن برای تحقق پتانسیل کامل هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پاک بسیار مهم است.
زمان ارسال: ۱۷ نوامبر ۲۰۲۳