Ang standard nga flat-platform nga mga tangke para sa BEVs ug FCEVs naggamit sa thermoplastic ug thermoset composites nga adunay skeleton construction nga naghatag ug 25% nga H2 storage.#hydrogen # uso
Human sa usa ka kolaborasyon sa BMW nagpakita nga ang usa ka kubiko nga tangke makahatag ug mas taas nga volumetric efficiency kay sa daghang gagmay nga mga silindro, ang Technical University of Munich nagsugod sa usa ka proyekto sa pagpalambo sa usa ka composite structure ug usa ka scalable manufacturing nga proseso alang sa serial production.Kredito sa hulagway: TU Dresden (ibabaw) sa wala), Technical University of Munich, Department of Carbon Composites (LCC)
Ang fuel cell electric vehicles (FCEVs) nga gipadagan sa zero-emission (H2) hydrogen naghatag og dugang nga paagi aron makab-ot ang zero nga mga target sa kinaiyahan.Ang usa ka fuel cell nga pasahero nga sakyanan nga adunay H2 nga makina mahimong mapuno sa 5-7 ka minuto ug adunay gilay-on nga 500 km, apan sa pagkakaron mas mahal tungod sa ubos nga gidaghanon sa produksyon.Usa ka paagi sa pagpakunhod sa gasto mao ang paggamit sa usa ka standard nga plataporma alang sa BEV ug FCEV nga mga modelo.Sa pagkakaron dili kini posible tungod kay ang Type 4 cylindrical tanks nga gigamit sa pagtipig sa compressed H2 gas (CGH2) sa 700 bar sa FCEVs dili angay alang sa underbody nga mga kompartamento sa baterya nga maayo nga gidisenyo alang sa mga de-koryenteng sakyanan.Bisan pa, ang mga pressure vessel sa porma sa mga unlan ug cubes mahimong mohaum sa kini nga patag nga wanang sa pagputos.
Patent US5577630A para sa "Composite Conformal Pressure Vessel", aplikasyon nga gisang-at sa Thiokol Corp. niadtong 1995 (wala) ug ang rectangular pressure vessel nga gipatuman sa BMW niadtong 2009 (tuo).
Ang Departamento sa Carbon Composites (LCC) sa Technical University of Munich (TUM, Munich, Germany) nalambigit sa duha ka proyekto aron mapalambo kini nga konsepto.Ang una mao ang Polymers4Hydrogen (P4H), nga gipangulohan sa Leoben Polymer Competence Center (PCCL, Leoben, Austria).Ang LCC work package gipangulohan ni Fellow Elizabeth Glace.
Ang ikaduhang proyekto mao ang Hydrogen Demonstration and Development Environment (HyDDen), diin ang LCC gipangulohan ni Researcher Christian Jaeger.Ang duha nagtumong sa paghimo sa usa ka dako nga pasundayag sa proseso sa paggama alang sa paghimo sa usa ka angay nga tangke sa CGH2 gamit ang carbon fiber composites.
Adunay limitado nga volumetric efficiency kung ang gagmay nga mga silindro sa diyametro gi-install sa patag nga mga cell sa baterya (wala) ug cubic type 2 nga mga pressure vessel nga hinimo sa mga steel liner ug usa ka carbon fiber/epoxy composite outer shell (tuo).Tinubdan sa Hulagway: Ang mga numero 3 ug 6 gikan sa "Numerical Design Approach para sa Type II Pressure Box Vessel nga adunay Internal Tension Legs" ni Ruf ug Zaremba et al.
Naghimo ang P4H og experimental cube tank nga naggamit og thermoplastic frame nga adunay composite tension straps/struts nga giputos sa carbon fiber reinforced epoxy.Ang HyDDen mogamit og susama nga disenyo, apan mogamit og automatic fiber layup (AFP) sa paghimo sa tanang thermoplastic composite tank.
Gikan sa aplikasyon sa patente sa Thiokol Corp. ngadto sa "Composite Conformal Pressure Vessel" niadtong 1995 ngadto sa German Patent DE19749950C2 niadtong 1997, ang mga compressed gas vessels "mahimong adunay bisan unsang geometric configuration", apan ilabi na ang flat ug dili regular nga mga porma, sa usa ka lungag nga konektado sa suporta sa shell. .gigamit ang mga elemento aron sila makasugakod sa puwersa sa pagpalapad sa gas.
Usa ka 2006 Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) nga papel naghulagway sa tulo ka mga pamaagi: usa ka filament nga samad conformal pressure vessel, usa ka microlattice pressure vessel nga adunay sulod nga orthorhombic lattice structure (gamay nga mga selula sa 2 cm o ubos pa), nga gilibutan sa usa ka nipis nga dingding nga sudlanan sa H2, ug usa ka replicator nga sudlanan, nga gilangkuban sa usa ka internal nga istruktura nga gilangkuban sa gipapilit nga gagmay nga mga bahin (pananglitan, hexagonal nga plastik nga singsing) ug usa ka komposisyon sa nipis nga panit sa gawas nga kabhang.Ang mga duplicate nga mga sudlanan labing angay alang sa dagkong mga sudlanan diin ang tradisyonal nga mga pamaagi mahimong lisud gamiton.
Ang patente nga DE102009057170A nga gisang-at sa Volkswagen sa 2009 naghulagway sa usa ka sakyanan nga gibutang sa presyur nga sudlanan nga maghatag ug taas nga gibug-aton nga kahusayan samtang nagpauswag sa paggamit sa wanang.Ang mga rektanggulo nga tangke naggamit ug tension connectors tali sa duha ka rektanggulo nga atbang nga mga bungbong, ug ang mga kanto gilingin.
Ang sa ibabaw ug uban pang mga konsepto gikutlo ni Gleiss sa papel nga "Process Development for Cubic Pressure Vessels with Stretch Bars" ni Gleiss et al.sa ECCM20 (Hunyo 26-30, 2022, Lausanne, Switzerland).Niini nga artikulo, gikutlo niya ang usa ka pagtuon sa TUM nga gipatik ni Michael Roof ug Sven Zaremba, nga nakit-an nga ang usa ka cubic pressure vessel nga adunay tension struts nga nagkonektar sa mga rectangular nga kilid mas episyente kaysa daghang gagmay nga mga silindro nga mohaum sa wanang sa usa ka patag nga baterya, nga naghatag gibana-bana nga 25 % pa.storage space.
Sumala sa Gleiss, ang problema sa pag-instalar sa usa ka dako nga gidaghanon sa mga gagmay nga tipo nga 4 nga mga silindro sa usa ka patag nga kaso mao nga "ang gidaghanon sa taliwala sa mga silindro mikunhod pag-ayo ug ang sistema usab adunay dako kaayo nga H2 gas permeation surface.Sa kinatibuk-an, ang sistema naghatag gamay nga kapasidad sa pagtipig kaysa mga cubic jar. ”
Bisan pa, adunay ubang mga problema sa kubiko nga disenyo sa tangke."Dayag, tungod sa compressed gas, kinahanglan nimo nga suklan ang mga pwersa sa bending sa patag nga mga dingding," miingon si Gleiss."Alang niini, kinahanglan nimo ang usa ka gipalig-on nga istruktura nga nagkonektar sa sulod sa mga dingding sa tangke.Apan lisod kana buhaton sa mga composite.”
Gisulayan ni Glace ug sa iyang team nga i-incorporate ang pagpalig-on sa mga tension bar sa pressure vessel sa paagi nga angay alang sa filament winding process."Kini hinungdanon alang sa taas nga volume nga produksiyon," siya mipasabut, "ug gitugotan usab kami sa pagdesinyo sa naglikoliko nga pattern sa mga dingding sa sulud aron ma-optimize ang orientasyon sa fiber alang sa matag karga sa sona."
Upat ka lakang sa paghimo og trial cubic composite tank alang sa P4H project.Kredito sa imahe: "Pag-uswag sa usa ka proseso sa produksiyon alang sa mga cubic pressure vessel nga adunay brace", Teknikal nga Unibersidad sa Munich, proyekto sa Polymers4Hydrogen, ECCM20, Hunyo 2022.
Aron makab-ot ang on-chain, ang team nakahimo og usa ka bag-ong konsepto nga naglangkob sa upat ka nag-unang mga lakang, sama sa gipakita sa ibabaw.Ang tension struts, nga gipakita sa itom sa mga ang-ang, mao ang usa ka prefabricated frame nga istruktura nga hinimo gamit ang mga pamaagi nga gikuha gikan sa MAI Skelett nga proyekto.Alang niini nga proyekto, ang BMW nakahimo og usa ka windshield frame nga "framework" gamit ang upat ka fiber-reinforced pultrusion rods, nga unya gihulma ngadto sa plastic frame.
Ang bayanan sa usa ka eksperimento nga cubic tank.Hexagonal skeletal sections 3D nga giimprinta sa TUM gamit ang unreinforced PLA filament (ibabaw), gisal-ot ang CF/PA6 pultrusion rods isip tension braces (tunga) ug dayon giputos ang filament sa mga braces (ubos).Kredito sa hulagway: Technical University of Munich LCC.
"Ang ideya mao nga mahimo nimong tukuron ang bayanan sa usa ka kubiko nga tangke ingon usa ka modular nga istruktura," ingon ni Glace."Kini nga mga module gibutang dayon sa usa ka himan sa paghulma, ang mga tension struts gibutang sa mga module sa frame, ug dayon ang pamaagi sa MAI Skelett gigamit sa palibot sa mga struts aron mahiusa kini sa mga bahin sa frame."mass production nga pamaagi, nga miresulta sa usa ka istruktura nga gigamit ingon nga usa ka mandrel o kinauyokan sa pagputos sa storage tank composite shell.
Gidisenyo sa TUM ang tanke nga kuwadro ingon usa ka cubic nga "cushion" nga adunay solidong mga kilid, lingin nga mga kanto ug usa ka heksagonal nga pattern sa ibabaw ug sa ilawom diin ang mga kurbata mahimong ipasok ug itaod.Ang mga lungag alang niini nga mga racks giimprinta usab sa 3D."Alang sa among inisyal nga eksperimento nga tangke, kami nag-imprinta sa 3D nga hexagonal frame nga mga seksyon gamit ang polylactic acid [PLA, usa ka bio-based nga thermoplastic] tungod kay kini sayon ug barato," miingon si Glace.
Ang team mipalit ug 68 ka pultruded carbon fiber reinforced polyamide 6 (PA6) rods gikan sa SGL Carbon (Meitingen, Germany) aron gamiton isip kurbata.“Aron masulayan ang konsepto, wala mi magbuhat ug bisan unsa nga paghulma,” matod ni Gleiss, “apan yanong gisal-ot ang mga spacer sa usa ka 3D nga giimprinta nga honeycomb core frame ug gipapilit kini sa epoxy glue.Naghatag kini usa ka mandrel alang sa pagpaliko sa tangke. ”Namatikdan niya nga bisan kung kini nga mga sungkod medyo dali nga hangin, adunay pipila ka hinungdanon nga mga problema nga ihulagway sa ulahi.
"Sa una nga yugto, ang among katuyoan mao ang pagpakita sa pagkagama sa disenyo ug pag-ila sa mga problema sa konsepto sa produksiyon," gipasabut ni Gleiss.“Mao nga ang tension struts migawas gikan sa gawas nga bahin sa skeletal structure, ug among gilakip ang carbon fiber niini nga core gamit ang basa nga filament winding.Human niana, sa ikatulong lakang, atong iduko ang ulo sa matag tie rod.thermoplastic, mao nga gigamit na lang namo ang kainit sa pag-usab sa ulo aron kini ma-flat ug ma-lock sa unang layer sa wrapping.Nagpadayon kami sa pagputos pag-usab sa istruktura aron ang flat thrust head kay geometrically nga gisulod sa tangke.laminate sa mga dingding.
Spacer cap alang sa winding.Gigamit sa TUM ang mga plastik nga takup sa mga tumoy sa mga tension rod aron mapugngan ang mga lanot nga magkugos sa panahon sa paglikos sa filament.Kredito sa hulagway: Technical University of Munich LCC.
Gisubli ni Glace nga kining unang tangke usa ka pruweba sa konsepto."Ang paggamit sa 3D nga pag-imprenta ug glue alang lamang sa pasiunang pagsulay ug naghatag kanamo og ideya sa pipila sa mga problema nga among nasugatan.Pananglitan, sa panahon sa winding, ang mga filament nadakpan sa mga tumoy sa tension rods, hinungdan sa pagkaguba sa lanot, pagkadaot sa lanot, ug pagkunhod sa gidaghanon sa lanot sa pagsumpo niini.migamit kami ug pipila ka plastic caps ingong mga tabang sa paggama nga gibutang sa mga poste sa wala pa ang unang winding step. Unya, sa dihang ang internal laminates gihimo, among gitangtang kining mga protective caps ug giporma pag-usab ang mga tumoy sa mga poste sa wala pa ang kataposang pagputos.”
Ang team nag-eksperimento sa lainlaing mga senaryo sa pagtukod pag-usab.“Kadtong nagtan-aw sa palibot nagtrabaho sa pinakamaayo,” miingon si Grace."Usab, sa panahon sa prototyping phase, migamit kami og giusab nga welding tool aron magamit ang kainit ug pag-usab sa mga tumoy sa tie rod.Sa usa ka konsepto sa mass production, aduna kay usa ka mas dako nga himan nga makaporma ug makaporma sa tanang tumoy sa struts ngadto sa interior finish laminate sa samang higayon..”
Giporma pag-usab ang mga ulo sa drawbar.Ang TUM nag-eksperimento sa lain-laing mga konsepto ug giusab ang mga welds aron i-align ang mga tumoy sa mga composite ties alang sa pagdugtong sa tank wall laminate.Kredito sa imahe: "Pag-uswag sa usa ka proseso sa produksiyon alang sa mga cubic pressure vessel nga adunay brace", Teknikal nga Unibersidad sa Munich, proyekto sa Polymers4Hydrogen, ECCM20, Hunyo 2022.
Busa, ang laminate naayo human sa unang winding nga lakang, ang mga poste giporma pag-usab, ang TUM makompleto ang ikaduhang winding sa mga filament, ug unya ang gawas nga tangke sa bungbong laminate naayo sa ikaduhang higayon.Palihug timan-i nga kini usa ka tipo nga 5 nga disenyo sa tangke, nga nagpasabut nga wala kini usa ka plastik nga liner ingon usa ka babag sa gas.Tan-awa ang diskusyon sa Sunod nga Mga Lakang nga seksyon sa ubos.
"Giputol namo ang unang demo ngadto sa mga cross section ug gimapa ang konektado nga lugar," miingon si Glace."Ang usa ka close-up nagpakita nga kami adunay pipila ka mga isyu sa kalidad sa laminate, nga ang mga ulo sa strut wala ibutang sa sulod nga laminate."
Pagsulbad sa mga problema sa mga kal-ang tali sa laminate sa sulod ug sa gawas nga mga bungbong sa tangke.Ang giusab nga ulo sa tie rod nagmugna og gintang tali sa una ug ikaduhang pagliko sa tangke sa eksperimento.Kredito sa hulagway: Technical University of Munich LCC.
Kining inisyal nga 450 x 290 x 80mm nga tangke nahuman sa miaging ting-init."Daghang pag-uswag ang among nahimo sukad niadto, apan kami adunay gintang tali sa sulod ug sa gawas nga laminate," miingon si Glace."Mao nga gisulayan namon nga pun-on ang mga kal-ang sa usa ka limpyo, taas nga viscosity resin.Kini sa aktuwal nagpauswag sa koneksyon tali sa mga studs ug sa laminate, nga nagpadako pag-ayo sa mekanikal nga stress.
Ang team nagpadayon sa pagpalambo sa disenyo ug proseso sa tangke, lakip ang mga solusyon alang sa gitinguha nga winding pattern."Ang mga kilid sa tangke sa pagsulay dili hingpit nga nagkurba tungod kay lisud alang niini nga geometry nga maghimo usa ka naglikoliko nga agianan," gipasabut ni Glace.“Ang among unang winding angle maoy 75°, apan nahibalo mi nga daghang sirkito ang gikinahanglan aron matubag ang karga niini nga pressure vessel.Nangita gihapon kami og solusyon niini nga problema, apan dili kini sayon sa software nga anaa karon sa merkado.Mahimo kini nga usa ka follow-up nga proyekto.
"Gipakita namon ang posibilidad sa kini nga konsepto sa produksiyon," ingon ni Gleiss, "apan kinahanglan namon nga magtrabaho pa aron mapaayo ang koneksyon tali sa laminate ug pag-usab sa mga tie rod."External testing sa usa ka testing machine.Gibira nimo ang mga spacer gikan sa laminate ug sulayan ang mekanikal nga mga karga nga maagwanta sa mga lutahan.
Kini nga bahin sa Polymers4Hydrogen nga proyekto mahuman sa katapusan sa 2023, diin si Gleis naglaum nga makompleto ang ikaduhang tangke sa demonstrasyon.Makaiikag, ang mga disenyo karon naggamit ug neat reinforced thermoplastics sa frame ug thermoset composites sa mga bungbong sa tangke.Magamit ba kini nga hybrid nga pamaagi sa katapusang tangke sa demonstrasyon?“Oo nga,” ni Grace."Ang among mga kauban sa proyekto nga Polymers4Hydrogen nagpalambo sa epoxy resins ug uban pang mga composite matrix nga mga materyales nga adunay mas maayo nga hydrogen barrier properties."Gilista niya ang duha ka kauban nga nagtrabaho niini nga trabaho, ang PCCL ug ang University of Tampere (Tampere, Finland).
Si Gleiss ug ang iyang team nagbinayloay usab og impormasyon ug naghisgot og mga ideya uban ni Jaeger sa ikaduhang proyekto sa HyDDen gikan sa LCC conformal composite tank.
"Maghimo kami usa ka conformal composite pressure vessel alang sa mga drone sa panukiduki," ingon ni Jaeger."Kini usa ka kolaborasyon tali sa duha ka departamento sa Aerospace ug Geodetic Department sa TUM - LCC ug sa Department of Helicopter Technology (HT).Ang proyekto mahuman sa katapusan sa 2024 ug karon nakompleto na namo ang pressure vessel.usa ka disenyo nga labaw pa sa aerospace ug automotive nga pamaagi.Pagkahuman niining inisyal nga yugto sa konsepto, ang sunod nga lakang mao ang paghimo sa detalyado nga pagmodelo sa istruktura ug pagtagna sa pasundayag sa babag sa istruktura sa dingding.
"Ang tibuuk nga ideya mao ang paghimo sa usa ka eksplorasyon nga drone nga adunay usa ka hybrid nga fuel cell ug sistema sa pagpaandar sa baterya," siya nagpadayon.Gamiton niini ang baterya atol sa taas nga power load (ie takeoff ug landing) ug dayon mobalhin sa fuel cell atol sa light load cruising."Ang HT team aduna nay research drone ug gidesinyo pag-usab ang powertrain aron magamit ang mga baterya ug fuel cells," miingon si Yeager."Nagpalit usab sila usa ka tangke nga CGH2 aron sulayan kini nga transmission."
"Ang akong team gitahasan sa paghimo sa usa ka prototype sa tangke sa presyur nga mohaum, apan dili tungod sa mga isyu sa pagputos nga mahimo sa usa ka cylindrical tank," siya mipasabut."Ang usa ka patag nga tangke wala maghatag ug daghang pagsukol sa hangin.Mao nga makakuha ka labi ka maayo nga performance sa paglupad. ”Mga sukat sa tangke gibanabana.830 x 350 x 173 mm.
Bug-os nga thermoplastic nga AFP compliant tank.Alang sa proyekto sa HyDDen, ang LCC team sa TUM sa sinugdan nagsusi sa susama nga pamaagi sa gigamit ni Glace (sa ibabaw), apan dayon mibalhin ngadto sa usa ka pamaagi gamit ang kombinasyon sa pipila ka structural modules, nga unya sobra nga gigamit gamit ang AFP (sa ubos).Kredito sa hulagway: Technical University of Munich LCC.
“Ang usa ka ideya susama sa paagi ni Elisabeth [Gleiss],” matod ni Yager, “sa pagbutang ug tension braces sa bungbong sa sudlanan aron mabayran ang taas nga mga puwersa sa pagduko.Bisan pa, imbis nga mogamit usa ka proseso sa paglikos sa paghimo sa tangke, gigamit namon ang AFP.Busa, naghunahuna kami mahitungod sa paghimo sa usa ka linain nga seksyon sa pressure vessel, diin ang mga rack nahiusa na.Kini nga pamaagi nagtugot kanako sa pagkombinar sa pipila niini nga mga integrated modules ug dayon paggamit sa usa ka end cap aron ma-seal ang tanan sa dili pa ang katapusan nga AFP winding.
"Kami naningkamot sa pagtapos sa ingon nga konsepto," siya mipadayon, "ug usab magsugod pagsulay sa pagpili sa mga materyales, nga mao ang importante kaayo aron sa pagsiguro sa gikinahanglan nga pagsukol sa H2 gas penetration.Alang niini, nag-una kami sa paggamit sa mga materyal nga thermoplastic ug nagtrabaho sa lainlaing kung giunsa ang epekto sa materyal sa kini nga pamatasan sa paglusot ug pagproseso sa makina sa AFP.Importante nga masabtan kung ang pagtambal adunay epekto ug kung kinahanglan ang bisan unsang post-processing.Gusto usab namon mahibal-an kung ang lainlaing mga stack makaapekto sa hydrogen permeation pinaagi sa pressure vessel. ”
Ang tangke bug-os nga gama sa thermoplastic ug ang mga strips igahatag sa Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Germany)."Among gamiton ang ilang PPS [polyphenylene sulfide], PEEK [polyether ketone] ug LM PAEK [low melting polyaryl ketone] nga mga materyales," miingon si Yager."Gihimo dayon ang mga pagtandi aron mahibal-an kung kinsa ang labing kaayo alang sa pagpanalipod sa pagsulod ug paghimo sa mga bahin nga adunay labi ka maayo nga pasundayag."Naglaum siya nga makompleto ang pagsulay, istruktura ug pagmodelo sa proseso ug una nga mga demonstrasyon sulod sa sunod nga tuig.
Ang panukiduki nga trabaho gihimo sulod sa COMET module "Polymers4Hydrogen" (ID 21647053) sulod sa COMET nga programa sa Federal Ministry for Climate Change, ang Environment, Energy, Mobility, Innovation and Technology ug ang Federal Ministry for Digital Technology and Economics..Ang mga tagsulat nagpasalamat sa mga partisipante nga mga kauban nga Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL, Austria), Montanuniversitaet Leoben (Faculty of Polymer Engineering and Science, Department of Chemistry of Polymer Materials, Department of Materials Science and Polymer Testing), University of Tampere (Faculty of Engineering Materyal).) Science), Peak Technology ug Faurecia nakatampo sa kini nga trabaho sa panukiduki.Ang COMET-Modul gipundohan sa gobyerno sa Austria ug sa gobyerno sa estado sa Styria.
Ang pre-reinforced sheets alang sa load-bearing structures naglangkob sa padayon nga mga lanot - dili lamang gikan sa bildo, kondili gikan usab sa carbon ug aramid.
Adunay daghang mga paagi sa paghimo sa mga composite nga mga bahin.Busa, ang pagpili sa pamaagi alang sa usa ka partikular nga bahin magdepende sa materyal, sa disenyo sa bahin, ug sa katapusan nga paggamit o aplikasyon.Ania ang usa ka giya sa pagpili.
Ang Shocker Composites ug R&M International nagpalambo sa usa ka recycled carbon fiber supply chain nga naghatag ug zero slaughter, mas mubu nga gasto kay sa virgin fiber ug sa kadugayan maghatag ug mga gitas-on nga moduol sa padayon nga fiber sa structural properties.
Oras sa pag-post: Mar-15-2023