Úsáideann umair chomhréidh caighdeánacha do BEVanna agus FCEVanna comhchodanna teirmeaplaisteacha agus thermoset le tógáil creatlach a sholáthraíonn 25% níos mó stórála H2.#hidrigine #treochtaí
Tar éis comhoibriú le BMW a thaispeáint go bhféadfadh umar ciúbach éifeachtacht toirtmhéadrach níos airde a sheachadadh ná il-sorcóirí beaga, thosaigh Ollscoil Theicniúil München ar thionscadal chun struchtúr ilchodach agus próiseas déantúsaíochta inscálaithe a fhorbairt le haghaidh táirgeadh sraitheach.Creidmheas íomhá: TU Dresden (barr) ar chlé), Ollscoil Theicniúil München, Roinn Comhdhéanta Carbóin (LCC)
Soláthraíonn feithiclí leictreacha breosla-chealla (FCEVanna) faoi thiomáint ag hidrigin astuithe nialasach (H2) modhanna breise chun spriocanna comhshaoil nialasacha a bhaint amach.Is féidir carr paisinéirí cille breosla le hinneall H2 a líonadh i 5-7 nóiméad agus tá raon 500 km aige, ach faoi láthair tá sé níos costasaí mar gheall ar líon íseal táirgeachta.Bealach amháin chun costais a laghdú ná ardán caighdeánach a úsáid le haghaidh samhlacha BEV agus FCEV.Níl sé seo indéanta faoi láthair toisc nach bhfuil na humair sorcóireacha de Chineál 4 a úsáidtear chun gás comhbhrúite H2 (CGH2) a stóráil ag barra 700 i FCEVanna oiriúnach do na hurranna ceallraí underbody atá deartha go cúramach le haghaidh feithiclí leictreacha.Mar sin féin, is féidir le soithí brú i bhfoirm piliúir agus ciúbanna a bheith oiriúnach don spás pacáistithe cothrom seo.
Paitinn US5577630A le haghaidh “Árthach Brú Comhdhéanta Ilchodach”, iarratas a chomhdaigh Thiokol Corp. i 1995 (ar chlé) agus an soitheach brú dronuilleogach paitinnithe ag BMW in 2009 (ar dheis).
Tá baint ag an Roinn Comhdhéanta Carbóin (LCC) de chuid Ollscoil Theicniúil München (TUM, München, an Ghearmáin) le dhá thionscadal chun an coincheap seo a fhorbairt.Is é an chéad cheann Polymers4Hydrogen (P4H), faoi stiúir an Leoben Polymer Competence Center (PCCL, Leoben, an Ostair).Tá pacáiste oibre an LCC á stiúradh ag an gComhalta Elizabeth Glace.
Is é an dara tionscadal an Timpeallacht Taispeána agus Forbartha Hidrigin (HyDDen), áit a bhfuil an LCC faoi stiúir an Taighdeora Christian Jaeger.Tá sé mar aidhm ag an dá cheann léiriú ar scála mór a chruthú ar an bpróiseas déantúsaíochta chun umar CGH2 oiriúnach a dhéanamh ag baint úsáide as cumaisc snáithíní carbóin.
Tá éifeachtúlacht toirtmhéadrach teoranta nuair a chuirtear sorcóirí trastomhais bheaga isteach i gcealla comhréidh ceallraí (ar chlé) agus i soithí brú ciúbach de chineál 2 déanta as líneálacha cruach agus blaosc seachtrach ilchodach snáithín carbóin/epocsa (ar dheis).Foinse Íomhá: Tagann Fíoracha 3 agus 6 ó “Cur Chuige Dearaidh Uimhriúil d’Árthach Bosca Brú de Chineál II le Cosa Teannais Inmheánaigh” le Ruf agus Zaremba et al.
Tá umar ciúb turgnamhach déanta ag P4H a úsáideann fráma teirmeaplaisteach le strapaí/ teanntóga ilchodacha teannais fillte in eapocsa treisithe le snáithín carbóin.Úsáidfidh HydDen dearadh comhchosúil, ach úsáidfidh sé leagan uathoibríoch snáithíní (AFP) chun gach umar ilchodach teirmeaplaisteacha a mhonarú.
Ó iarratas ar phaitinn ó Thiokol Corp. go “Árthach Brú Comhdhéanta Comhdhéanta” i 1995 go Paitinn Gearmánach DE19749950C2 i 1997, d’fhéadfadh go mbeadh “aon chumraíocht gheoiméadrach” ag soithí gáis chomhbhrúite, ach go háirithe cruthanna cothroma agus neamhrialta, i gcuas atá ceangailte leis an sliogán tacaíochta. .úsáidtear eilimintí ionas gur féidir leo fórsa leathnaithe an gháis a sheasamh.
Déanann páipéar Saotharlainne Náisiúnta Lawrence Livermore (LLNL) 2006 cur síos ar thrí chur chuige: soitheach brú comhréidh créachta filiméid, soitheach brú microlattice ina bhfuil struchtúr laitíse orthorhombic inmheánach (cealla beaga 2 cm nó níos lú), timpeallaithe ag coimeádán H2 ballaí tanaí, agus coimeádán macasamhail, comhdhéanta de struchtúr inmheánach comhdhéanta de chodanna beaga greamaithe (m.sh., fáinní plaisteacha heicseagánacha) agus comhdhéanamh de chraiceann tanaí bhlaosc seachtrach.Is fearr coimeádáin dhúbailte a chur in oiriúint do shoithí móra nuair is deacair modhanna traidisiúnta a chur i bhfeidhm.
Déanann Paitinn DE102009057170A a chomhdaigh Volkswagen in 2009 cur síos ar shoitheach brú atá suite ar fheithicil a sholáthróidh ardéifeachtúlacht meáchain agus úsáid spáis á fheabhsú ag an am céanna.Úsáideann umair dronuilleogacha nascóirí teannas idir dhá bhalla os coinne dronuilleogach, agus déantar na coirnéil a chothromú.
Luaitear na coincheapa thuas agus eile ag Gleiss sa pháipéar “Forbairt Próisis le haghaidh Soithí Brú Ciúbach le Barraí Sín” le Gleiss et al.ag ECCM20 (26-30 Meitheamh, 2022, Lausanne, an Eilvéis).San Airteagal seo, luann sí staidéar TUM arna fhoilsiú ag Michael Roof agus Sven Zaremba, a fuair amach go bhfuil soitheach brú ciúbach le teanntanna teannas a nascann taobhanna dronuilleogacha níos éifeachtaí ná roinnt sorcóirí beaga a luíonn isteach sa spás ceallraí comhréidh, ag soláthar thart ar 25. % níos mó.spás stórála.
De réir Gleiss, is í an fhadhb a bhaineann le líon mór sorcóirí beaga cineál 4 a shuiteáil i gcás comhréidh ná “laghdaítear an toirt idir na sorcóirí go mór agus tá dromchla tréscaoilte gáis H2 an-mhór ag an gcóras freisin.Ar an iomlán, soláthraíonn an córas níos lú toilleadh stórála ná prócaí ciúbach.”
Mar sin féin, tá fadhbanna eile ann maidir le dearadh ciúbach an umar.“Is léir, mar gheall ar an ngás comhbhrúite, ní mór duit dul i ngleic leis na fórsaí lúbthachta ar na ballaí cothroma,” a dúirt Gleiss.“Chun seo, teastaíonn struchtúr treisithe uait a cheanglaíonn go hinmheánach le ballaí an umair.Ach is deacair é sin a dhéanamh le cumaisc.”
Rinne Glace agus a foireann iarracht barraí teannais athneartaithe a ionchorprú isteach sa soitheach brú ar bhealach a bheadh oiriúnach don phróiseas foirceannadh filiméid.“Tá sé seo tábhachtach do tháirgeadh ard-toirte,” a mhíníonn sí, “agus ligeann sé dúinn freisin patrún foirceannadh na mballaí coimeádáin a dhearadh chun treoshuíomh snáithíní a bharrfheabhsú do gach ualach sa chrios.”
Ceithre chéim chun umar ilchodach ciúbach trialach a dhéanamh don tionscadal P4H.Creidmheas íomhá: “Próiseas táirgthe le haghaidh soithí brú ciúbach le brace a fhorbairt”, Ollscoil Theicniúil München, tionscadal Polymers4Hydrogen, ECCM20, Meitheamh 2022.
Chun ar slabhra a bhaint amach, tá coincheap nua forbartha ag an bhfoireann comhdhéanta de cheithre phríomhchéim, mar a léirítear thuas.Is struchtúr fráma réamhdhéanta iad na teanntóga teannais, a léirítear i ndubh ar na céimeanna, agus iad déanta ag baint úsáide as modhanna a tógadh ó thionscadal MAI Skelett.Don tionscadal seo, d'fhorbair BMW “creat” fráma gaothscáth ag baint úsáide as ceithre shlat pultrusion snáithín-threisithe, a múnlaíodh ansin isteach i bhfráma plaisteach.
Fráma umar ciúbach turgnamhach.Codanna cnámharlaigh heicseagánacha 3D priontáilte ag TUM ag baint úsáide as filiméad PLA neamhthreisithe (barr), ag cur isteach slata pultrusion CF/PA6 mar braces teannais (lár) agus ansin an filiméad a fhilleadh timpeall na gcornaí (bun).Creidmheas íomhá: Ollscoil Theicniúil München LCC.
“Is é an smaoineamh gur féidir leat fráma umar ciúbach a thógáil mar struchtúr modúlach,” a dúirt Glace.“Cuirtear na modúil seo in uirlis mhúnlú ansin, cuirtear na teanntóga teannais sna modúil fráma, agus ansin úsáidtear modh MAI Skelett timpeall na dteanntóga chun iad a chomhtháthú leis na codanna fráma.”modh olltáirgthe, a eascraíonn i struchtúr a úsáidtear ansin mar mandrel nó croí a wrap an umar stórála bhlaosc ilchodach.
Dhear TUM fráma an umair mar “mhaolán” ciúbach le taobhanna soladacha, coirnéil chothromaithe agus patrún heicseagánach ar an mbarr agus ar an mbun trínar féidir ceangail a chur isteach agus a cheangal.Bhí na poill do na racaí seo clóite 3D freisin.“Le haghaidh ár n-umar turgnamhach tosaigh, rinneamar codanna fráma heicseagánacha a phriontáil 3D ag baint úsáide as aigéad phollachtach [PLA, teirmeaplaisteach bithbhunaithe] toisc go raibh sé éasca agus saor,” a dúirt Glace.
Cheannaigh an fhoireann 68 slat polaimíde treisithe snáithín carbóin 6 (PA6) ó SGL Carbon (Meitingen, an Ghearmáin) le húsáid mar naisc.“Chun an coincheap a thástáil, ní dhearnamar aon mhúnlú,” a deir Gleiss, “ach ní dhearnamar ach spásairí a chur isteach i gcroífhráma cíor mheala 3D priontáilte agus gliú eapocsa a ghreamú orthu.Soláthraíonn sé seo mandrel chun an umar a thochras.”Tugann sí dá haire, cé go bhfuil na slata seo sách éasca le gaoth, go bhfuil roinnt fadhbanna suntasacha ann a gcuirfear síos orthu níos déanaí.
“Ag an gcéad chéim, ba é an sprioc a bhí againn ná déantúsaíocht an dearaidh a léiriú agus fadhbanna i gcoincheap an táirgthe a aithint,” a mhínigh Gleiss.“Mar sin téann na teanntóga amach ó dhromchla seachtrach an struchtúir chnámharlaigh, agus ceanglaímid na snáithíní carbóin den chroílár seo trí úsáid a bhaint as foirceannadh filiméid fliuch.Tar éis sin, sa tríú céim, lúbann muid ceann gach slat comhionannas vótaí.teirmeaplaisteacha, mar sin ní úsáidimid ach teas chun an ceann a athmhúnlú ionas go ndéanann sé flattens agus glasáil isteach sa chéad chiseal fillte.Leanaimid ar aghaidh ansin ag timfhilleadh an struchtúir arís ionas go mbeidh an ceann sá comhréidh faoi iamh go geoiméadrach laistigh den umar.laminate ar na ballaí.
Caipín spásaire le haghaidh foirceannadh.Úsáideann TUM caipíní plaisteacha ar fhoircinn na slata teannas chun na snáithíní a chosc ó tangling le linn foirceannadh filiméid.Creidmheas íomhá: Ollscoil Theicniúil München LCC.
D'athdhearbhaigh Glace go raibh an chéad umar seo ina chruthúnas ar choincheap.“Ní raibh úsáid priontáil 3D agus gliú ach le haghaidh tástála tosaigh agus thug sé smaoineamh dúinn ar roinnt de na fadhbanna a bhí againn.Mar shampla, le linn foirceannadh, gabhadh na filiméid ag foircinn na slata teannas, rud a fhágann briseadh snáithíní, damáiste snáithíní, agus laghdaigh an méid snáithín chun é seo a chomhrac.d’úsáideamar cúpla caipín plaisteach mar áiseanna déantúsaíochta a cuireadh ar na cuaillí roimh an gcéad chéim foirceannadh. Ansin, nuair a rinneadh na lannáin inmheánacha, bhaineamar na caipíní cosanta seo amach agus rinneamar foircinn na gcuaillí a athmhúnlú roimh an timfhilleadh deiridh.”
Rinne an fhoireann trialacha le cásanna atógála éagsúla.“Is fearr a oibríonn na daoine a bhreathnaíonn thart,” a deir Grace.“Chomh maith leis sin, le linn na céime fréamhshamhaltaithe, d’úsáideamar uirlis táthúcháin modhnaithe chun teas a chur i bhfeidhm agus chun foircinn an tslat cheangail a athmhúnlú.I gcoincheap olltáirgeadh, bheadh uirlis amháin níos mó agat a fhéadfaidh foircinn uile na dteanna a mhúnlú agus a fhoirmiú ina laminate bailchríoch istigh ag an am céanna..”
Cinn tarraiceán athmhúnlaithe.Rinne TUM turgnamh le coincheapa éagsúla agus d'athraigh sé na welds chun foircinn na nasc ilchodach a ailíniú le haghaidh laminate balla an umair.Creidmheas íomhá: “Próiseas táirgthe le haghaidh soithí brú ciúbach le brace a fhorbairt”, Ollscoil Theicniúil München, tionscadal Polymers4Hydrogen, ECCM20, Meitheamh 2022.
Mar sin, déantar an laminate a leigheas tar éis an chéad chéim foirceannadh, déantar na poist a athmhúnlú, críochnaíonn an TUM an dara foirceannadh de na filiméid, agus ansin déantar an laminate balla umar seachtrach a leigheas an dara huair.Tabhair faoi deara le do thoil gur dearadh umar cineál 5 é seo, rud a chiallaíonn nach bhfuil línéar plaisteach aige mar bhac gáis.Féach an plé sa chuid Na Chéad Chéimeanna Eile thíos.
“Ghearramar an chéad taispeántas ina thrasghearrthacha agus rinneamar an limistéar nasctha a mhapáil,” a dúirt Glace.“Léiríonn gar-suas go raibh roinnt fadhbanna cáilíochta againn leis an laminate, agus na cinn strut nach leagan cothrom ar an laminate istigh."
Fadhbanna a réiteach le bearnaí idir an laminate na ballaí istigh agus taobh amuigh den umar.Cruthaíonn ceann an tslat comhionannas vótaí modhnaithe bearna idir an chéad agus an dara casadh den umar turgnamhach.Creidmheas íomhá: Ollscoil Theicniúil München LCC.
Críochnaíodh an umar tosaigh 450 x 290 x 80mm seo an samhradh seo caite.“Tá go leor dul chun cinn déanta againn ó shin i leith, ach tá bearna fós againn idir laminate laistigh agus lasmuigh,” a dúirt Glace.“Mar sin rinneamar iarracht na bearnaí sin a líonadh le roisín glan ard-slaodachta.Feabhsaíonn sé seo an nasc idir na studs agus an laminate, rud a mhéadaíonn an strus meicniúil go mór.”
Lean an fhoireann ag forbairt dearadh agus próiseas an umair, lena n-áirítear réitigh don phatrún foirceannadh inmhianaithe.“Ní raibh taobhanna an umair tástála cuachta go hiomlán toisc go raibh sé deacair don chéimseata seo cosán tochrais a chruthú,” a mhínigh Glace.“Ba é 75° ár n-uillinn tochrais tosaigh, ach bhí a fhios againn go raibh gá le ilchiorcaid chun an t-ualach sa soitheach brú seo a chomhlíonadh.Táimid fós ag lorg réiteach ar an bhfadhb seo, ach níl sé éasca leis na bogearraí atá ar an margadh faoi láthair.Féadfaidh sé a bheith ina thionscadal leantach.
“Tá sé léirithe againn indéantacht an choincheapa táirgthe seo,” a deir Gleiss, “ach caithfimid tuilleadh oibre a dhéanamh chun an nasc idir an lannán a fheabhsú agus na slata ceangail a athmhúnlú.“Tástáil sheachtrach ar mheaisín tástála.Tarraingíonn tú na spásairí amach as an lannán agus déanann tú tástáil ar na hualaí meicniúla is féidir leis na hailt sin a sheasamh.”
Críochnófar an chuid seo den tionscadal Polymers4Hydrogen ag deireadh 2023, agus faoin am sin tá súil ag Gleis an dara umar taispeána a chríochnú.Díol spéise é go n-úsáideann dearaí inniu teirmeaplaisteacha néata athneartaithe sa fhráma agus i gcomhchodanna thermoset sna ballaí umar.An úsáidfear an cur chuige hibrideach seo san umar taispeána deiridh?“Tá,” a dúirt Grace.“Tá ár gcomhpháirtithe sa tionscadal Polymers4Hydrogen ag forbairt roisíní eapocsa agus ábhair mhaitrís ilchodacha eile a bhfuil airíonna bacainní hidrigine níos fearr acu.”Liostaíonn sí dhá chomhpháirtí atá ag obair ar an obair seo, PCCL agus Ollscoil Tampere (Tampere, an Fhionlainn).
Rinne Gleiss agus a foireann faisnéis a mhalartú freisin agus phléigh siad smaointe le Jaeger ar an dara tionscadal Hyden ó umar ilchodach comhréireach an LCC.
“Beidh soitheach brú ilchodach comhréireach á tháirgeadh againn le haghaidh drones taighde,” a deir Jaeger.“Is comhoibriú é seo idir an dá roinn den Roinn Aeraspáis agus Geodasaí de TUM - LCC agus an Roinn Teicneolaíocht Héileacaptair (HT).Beidh an tionscadal críochnaithe faoi dheireadh 2024 agus tá an soitheach brú á chur i gcrích againn faoi láthair.dearadh atá níos mó de chur chuige aeraspáis agus feithicleach.Tar éis na céime coincheapa tosaigh seo, is é an chéad chéim eile samhaltú struchtúrach mionsonraithe a dhéanamh agus feidhmíocht bhacainn struchtúr an bhalla a thuar.”
“Is é an smaoineamh iomlán ná drone taiscéalaíoch a fhorbairt le cille breosla hibrideach agus córas tiomána ceallraí,” lean sé ar aghaidh.Úsáidfidh sé an ceallraí le linn ualaí ardchumhachta (ie éirí de thalamh agus tuirlingthe) agus ansin aistreoidh sé go dtí an chill bhreosla le linn cúrsála ualach éadrom.“Bhí drone taighde ag an bhfoireann HT cheana féin agus rinne siad athdhearadh ar an traein cumhachta chun cadhnraí agus cealla breosla a úsáid,” a dúirt Yeager.“Cheannaigh siad umar CGH2 freisin chun an tarchur seo a thástáil.”
“Bhí sé de chúram ar mo fhoireann fréamhshamhail brú-umar a thógáil a d’oirfeadh, ach ní mar gheall ar na saincheisteanna pacáistithe a chruthódh umar sorcóireach,” a mhíníonn sé.“Ní chuireann umar níos réidhe an oiread sin friotaíocht gaoithe ar fáil.Mar sin gheobhaidh tú feidhmíocht eitilte níos fearr.”Toisí umar thart.830 x 350 x 173 mm.
Umar go hiomlán teirmeaplaisteach comhlíontach AFP.Maidir leis an tionscadal Hyden, rinne foireann LCC TUM iniúchadh ar dtús ar chur chuige cosúil leis an gceann a d’úsáid Glace (thuas), ach ansin bhog siad chuig cur chuige a bhain úsáid as meascán de roinnt modúl struchtúracha, a ndearnadh ró-úsáid orthu ansin ag baint úsáide as AFP (thíos).Creidmheas íomhá: Ollscoil Theicniúil München LCC.
“Tá smaoineamh amháin cosúil le cur chuige Elisabeth [Gleiss],” a deir Yager, “braces teannais a chur i bhfeidhm ar bhalla an tsoithigh mar chúiteamh ar na fórsaí arda lúbthachta.Mar sin féin, in ionad próiseas foirceannadh a úsáid chun an umar a dhéanamh, úsáidimid AFP.Dá bhrí sin, smaoiníomar faoi roinn ar leith den soitheach brú a chruthú, ina bhfuil na racaí comhtháite cheana féin.Thug an cur chuige seo deis dom roinnt de na modúil chomhtháite seo a chur le chéile agus ansin teorainn deiridh a chur i bhfeidhm chun gach rud a shéalú roimh foirceannadh deiridh an AFP.”
“Táimid ag iarraidh a leithéid de choincheap a thabhairt chun críche,” lean sé ar aghaidh, “agus tús a chur le triail a bhaint as roghnú na n-ábhar, rud atá an-tábhachtach chun an fhriotaíocht riachtanach in aghaidh treá gáis H2 a chinntiú.Chun seo, bainimid úsáid as ábhair theirmeaplaisteacha go príomha agus táimid ag obair ar éagsúla conas a dhéanfaidh an t-ábhar difear don iompar tréscaoilte seo agus don phróiseáil sa mheaisín AFP.Tá sé tábhachtach a thuiscint an mbeidh éifeacht ag an gcóireáil agus an bhfuil gá le haon iar-phróiseáil.Ba mhaith linn a fháil amach an ndéanfaidh stoic éagsúla difear do thréscaoilteacht hidrigine tríd an soitheach brú.”
Beidh an umar déanta go hiomlán de theirmeaplaisteacha agus soláthróidh Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, an Ghearmáin) na stiallacha.“Beidh muid ag baint úsáide as a n-ábhar PPS [suilfíd pholaiphenylene], PEEK [polyether ketone] agus LM PAEK [céatóin polyaryl leá íseal],” a dúirt Yager.“Déantar comparáidí ansin lena fháil amach cé acu ceann is fearr le haghaidh cosanta treá agus páirteanna a tháirgeadh le feidhmíocht níos fearr.”Tá súil aige tástáil, samhaltú struchtúrach agus próiseas agus an chéad taispeántais a chríochnú laistigh den bhliain seo chugainn.
Rinneadh an obair thaighde laistigh den mhodúl COMET “Polymers4Hydrogen” (ID 21647053) laistigh de chlár COMET na hAireachta Cónaidhme um Athrú Aeráide, an Chomhshaoil, an Fhuinnimh, na Soghluaisteachta, na Nuálaíochta agus na Teicneolaíochta agus na hAireachta Cónaidhme um Theicneolaíocht Dhigiteach agus Eacnamaíocht..Gabhann na húdair buíochas leis na comhpháirtithe rannpháirteacha Polymer Competence Centre Leoben GmbH (PCCL, an Ostair), Montanuniversitaet Leoben (Dámh na hInnealtóireachta agus na hEolaíochta Polymer, Roinn na Ceimice um Ábhair Pholaiméir, An Roinn Eolaíochta Ábhair agus Tástála Polaiméir), Ollscoil Tampere (Dámh na hInnealtóireachta Ábhair).) Eolaíocht), Peak Technology agus Faurecia leis an obair thaighde seo.Tá COMET-Modul maoinithe ag rialtas na hOstaire agus rialtas stáit Styria.
Bíonn snáithíní leanúnacha i leatháin réamhthreisithe le haghaidh struchtúir ualachiompartha – ní hamháin ó ghloine, ach ó charbón agus araimíd freisin.
Tá go leor bealaí ann chun páirteanna ilchodacha a dhéanamh.Mar sin, beidh an rogha modh do chuid áirithe ag brath ar an ábhar, dearadh na coda, agus an úsáid deiridh nó an t-iarratas.Seo treoir roghnúcháin.
Tá slabhra soláthair snáithíní carbóin athchúrsáilte á bhforbairt ag Shocker Composites agus R&M International a sholáthraíonn marú nialasach, costas níos ísle ná snáithín íon agus a thairgeann faid a bheidh gar do shnáithín leanúnach in airíonna struchtúracha.
Am postála: Mar-15-2023