म्युनिकच्या तांत्रिक विद्यापीठाने हायड्रोजन साठवण क्षमता वाढवण्यासाठी कार्बन फायबर कंपोझिट्सचा वापर करून अनुरूप घन टाक्या विकसित केल्या | कंपोझिट्सचे जग

बॅटरीवर चालणाऱ्या इलेक्ट्रिक वाहनांसाठी (BEVs) आणि इंधन इंधनावर चालणाऱ्या इलेक्ट्रिक वाहनांसाठी (FCEVs) असलेल्या प्रमाणित सपाट-प्लॅटफॉर्म टाक्यांमध्ये थर्मोप्लास्टिक आणि थर्मोसेट कंपोझिट्सचा वापर केला जातो, ज्यांच्या सांगाड्यासारख्या रचनेमुळे २५% अधिक हायड्रोजन (H2) साठवण क्षमता मिळते. #हायड्रोजन #ट्रेंड्स
बीएमडब्ल्यूसोबतच्या सहकार्यातून हे दिसून आल्यानंतर की, अनेक लहान सिलेंडरच्या तुलनेत एक घन टाकी अधिक व्हॉल्यूमेट्रिक कार्यक्षमता देऊ शकते, म्युनिकच्या तांत्रिक विद्यापीठाने मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी एक संमिश्र रचना आणि स्केलेबल उत्पादन प्रक्रिया विकसित करण्याचा प्रकल्प हाती घेतला. छायाचित्र सौजन्य: टीयू ड्रेसडेन (वर) डावीकडे), म्युनिकचे तांत्रिक विद्यापीठ, कार्बन कंपोझिट्स विभाग (एलसीसी)
शून्य-उत्सर्जन (H2) हायड्रोजनवर चालणारी फ्युएल सेल इलेक्ट्रिक वाहने (FCEVs) शून्य पर्यावरणीय उद्दिष्टे साध्य करण्यासाठी अतिरिक्त मार्ग उपलब्ध करून देतात. H2 इंजिन असलेली फ्युएल सेल प्रवासी कार ५-७ मिनिटांत भरता येते आणि तिची रेंज ५०० किमी असते, परंतु कमी उत्पादन प्रमाणामुळे ती सध्या अधिक महाग आहे. खर्च कमी करण्याचा एक मार्ग म्हणजे BEV आणि FCEV मॉडेल्ससाठी एक मानक प्लॅटफॉर्म वापरणे. हे सध्या शक्य नाही कारण FCEVs मध्ये ७०० बार दाबावर संकुचित H2 वायू (CGH2) साठवण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या टाइप ४ दंडगोलाकार टाक्या, इलेक्ट्रिक वाहनांसाठी काळजीपूर्वक डिझाइन केलेल्या अंडरबॉडी बॅटरी कंपार्टमेंटसाठी योग्य नाहीत. तथापि, पिलो आणि क्यूबच्या आकारातील दाबपात्रे या सपाट पॅकेजिंग जागेत बसू शकतात.
“कंपोझिट कॉन्फॉर्मल प्रेशर वेसल” साठी पेटंट US5577630A, थिओकोल कॉर्पोरेशनने 1995 मध्ये दाखल केलेला अर्ज (डावीकडे) आणि BMW ने 2009 मध्ये पेटंट केलेले आयताकृती प्रेशर वेसल (उजवीकडे).
टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ म्युनिक (TUM, म्युनिक, जर्मनी) चा कार्बन कंपोझिट्स विभाग (LCC) ही संकल्पना विकसित करण्यासाठी दोन प्रकल्पांमध्ये सहभागी आहे. पहिला प्रकल्प पॉलिमर्स4हायड्रोजन (P4H) आहे, ज्याचे नेतृत्व लिओबेन पॉलिमर कॉम्पिटन्स सेंटर (PCCL, लिओबेन, ऑस्ट्रिया) करत आहे. LCC वर्क पॅकेजचे नेतृत्व फेलो एलिझाबेथ ग्लेस करत आहेत.
दुसरा प्रकल्प हायड्रोजन डेमॉन्स्ट्रेशन अँड डेव्हलपमेंट एन्व्हायर्नमेंट (HyDDen) आहे, ज्यामध्ये एलसीसीचे नेतृत्व संशोधक ख्रिश्चन जेगर करतात. कार्बन फायबर कंपोझिट्सचा वापर करून योग्य CGH2 टाकी बनवण्याच्या उत्पादन प्रक्रियेचे मोठ्या प्रमाणावर प्रात्यक्षिक तयार करणे, हे या दोन्ही प्रकल्पांचे उद्दिष्ट आहे.
जेव्हा लहान व्यासाचे सिलेंडर सपाट बॅटरी सेलमध्ये (डावीकडे) आणि स्टील लाइनर व कार्बन फायबर/इपॉक्सी कंपोझिट बाह्य कवच असलेल्या क्यूबिक प्रकार २ दाबपात्रांमध्ये (उजवीकडे) बसवले जातात, तेव्हा व्हॉल्यूमेट्रिक कार्यक्षमता मर्यादित असते. चित्र स्रोत: आकृत्या ३ आणि ६ या रूफ आणि झारेम्बा इत्यादींच्या “Numerical Design Approach for Type II Pressure Box Vessel with Internal Tension Legs” मधून घेतल्या आहेत.
P4H ने एक प्रायोगिक क्यूब टँक तयार केला आहे, ज्यामध्ये कार्बन फायबर प्रबलित इपॉक्सीने गुंडाळलेल्या कंपोझिट टेन्शन स्ट्रॅप्स/स्ट्रट्ससह थर्मोप्लास्टिक फ्रेमचा वापर केला आहे. HyDDen अशाच प्रकारच्या डिझाइनचा वापर करेल, परंतु सर्व थर्मोप्लास्टिक कंपोझिट टँकच्या निर्मितीसाठी ऑटोमॅटिक फायबर लेअप (AFP) पद्धतीचा वापर करेल.
थायोकोल कॉर्पोरेशनच्या १९९५ मधील “कंपोझिट कॉन्फॉर्मल प्रेशर वेसल” या पेटंट अर्जापासून ते १९९७ मधील जर्मन पेटंट DE19749950C2 पर्यंत, संकुचित वायू पात्रांची “कोणतीही भौमितिक रचना असू शकते”, परंतु विशेषतः सपाट आणि अनियमित आकारांमध्ये, शेल सपोर्टला जोडलेल्या पोकळीमध्ये असे घटक वापरले जातात जे वायूच्या प्रसरणाच्या शक्तीचा सामना करू शकतील.
लॉरेन्स लिव्हरमोर नॅशनल लॅबोरेटरी (LLNL) च्या २००६ च्या एका शोधनिबंधात तीन पद्धतींचे वर्णन केले आहे: एक फिलामेंट वाउंड कॉन्फॉर्मल प्रेशर वेसल, एक मायक्रोलॅटिस प्रेशर वेसल ज्यामध्ये अंतर्गत ऑर्थोरॉम्बिक लॅटिस संरचना (२ सेमी किंवा त्यापेक्षा कमी आकाराचे लहान कप्पे) असते आणि ते पातळ-भिंतीच्या H2 कंटेनरने वेढलेले असते, आणि एक रेप्लिकेटर कंटेनर, ज्यामध्ये चिकटवलेल्या लहान भागांची (उदा., षटकोनी प्लॅस्टिक रिंग्ज) अंतर्गत रचना आणि पातळ बाह्य कवच असते. डुप्लिकेट कंटेनर मोठ्या कंटेनरसाठी सर्वोत्तम उपयुक्त आहेत, जिथे पारंपरिक पद्धती लागू करणे कठीण असू शकते.
फोक्सवॅगनने २००९ मध्ये दाखल केलेल्या पेटंट DE102009057170A मध्ये एका वाहनावर बसवलेल्या दाबपात्राचे वर्णन आहे, जे जागेचा उत्तम वापर करताना वजनाची उच्च कार्यक्षमता प्रदान करेल. आयताकृती टाक्यांमध्ये दोन समोरासमोरील आयताकृती भिंतींमध्ये टेन्शन कनेक्टर्स वापरले जातात आणि त्यांचे कोपरे गोलाकार असतात.
वरील आणि इतर संकल्पनांचा उल्लेख ग्लाइस यांनी ECCM20 (२६-३० जून, २०२२, लॉझान, स्वित्झर्लंड) येथे सादर केलेल्या “प्रोसेस डेव्हलपमेंट फॉर क्यूबिक प्रेशर वेसल्स विथ स्ट्रेच बार्स” या शोधनिबंधात केला आहे. या लेखात, त्यांनी मायकेल रूफ आणि स्वेन झारेम्बा यांनी प्रकाशित केलेल्या TUM अभ्यासाचा संदर्भ दिला आहे, ज्यामध्ये असे आढळून आले की, आयताकृती बाजूंना जोडणारे टेन्शन स्ट्रट्स असलेले घनाकृती दाबपात्र हे सपाट बॅटरीच्या जागेत बसणाऱ्या अनेक लहान दंडगोलांपेक्षा अधिक कार्यक्षम आहे आणि सुमारे २५% अधिक साठवण जागा उपलब्ध करून देते.
ग्लाइस यांच्या मते, एका सपाट केसमध्ये मोठ्या संख्येने लहान प्रकार ४ चे सिलेंडर बसवण्यातील समस्या ही आहे की, “सिलेंडरमधील जागा मोठ्या प्रमाणात कमी होते आणि प्रणालीमध्ये H2 वायू पारगम्यतेसाठी एक खूप मोठा पृष्ठभाग देखील असतो. एकूणच, ही प्रणाली घन आकाराच्या जारपेक्षा कमी साठवण क्षमता प्रदान करते.”
तथापि, टाकीच्या घनाकृती रचनेत इतरही समस्या आहेत. “अर्थातच, संकुचित वायूमुळे, सपाट भिंतींवर येणाऱ्या वाकण्याच्या शक्तींना प्रतिकार करणे आवश्यक आहे,” असे ग्लाइस म्हणाले. “यासाठी, टाकीच्या भिंतींना आतून जोडणाऱ्या एका प्रबलित संरचनेची गरज असते. पण कंपोझिट्स वापरून हे करणे अवघड आहे.”
ग्लेस आणि तिच्या टीमने फिलामेंट वाइंडिंग प्रक्रियेसाठी योग्य ठरेल अशा पद्धतीने प्रेशर वेसलमध्ये मजबुतीसाठी टेन्शन बार समाविष्ट करण्याचा प्रयत्न केला. “मोठ्या प्रमाणातील उत्पादनासाठी हे महत्त्वाचे आहे,” ती स्पष्ट करते, “आणि यामुळे आम्हाला झोनमधील प्रत्येक लोडसाठी फायबर ओरिएंटेशन ऑप्टिमाइझ करण्याकरिता कंटेनरच्या भिंतींच्या वाइंडिंग पॅटर्नची रचना करता येते.”
P4H प्रकल्पासाठी प्रायोगिक घन संमिश्र टाकी बनवण्याचे चार टप्पे. छायाचित्र सौजन्य: “ब्रेससह घन दाबपात्रांसाठी उत्पादन प्रक्रियेचा विकास”, टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ म्युनिक, पॉलिमर्स4हायड्रोजन प्रकल्प, ECCM20, जून २०२२.
ऑन-चेन साध्य करण्यासाठी, टीमने वर दाखवल्याप्रमाणे चार मुख्य टप्प्यांचा समावेश असलेली एक नवीन संकल्पना विकसित केली आहे. टप्प्यांवर काळ्या रंगात दाखवलेले टेन्शन स्ट्रट्स, ही एक पूर्वनिर्मित फ्रेम संरचना आहे, जी एमएआय स्केलेट प्रकल्पातून घेतलेल्या पद्धती वापरून तयार केली आहे. या प्रकल्पासाठी, बीएमडब्ल्यूने चार फायबर-प्रबलित पल्ट्रूजन रॉड्स वापरून विंडशील्ड फ्रेमची "चौकट" विकसित केली, ज्यांना नंतर प्लास्टिकच्या फ्रेममध्ये मोल्ड केले गेले.
एका प्रायोगिक घन टाकीची चौकट. TUM द्वारे अनरिइन्फोर्स्ड PLA फिलामेंट वापरून 3D प्रिंट केलेले षटकोनी सांगाड्याचे भाग (वर), ताण आधार म्हणून CF/PA6 पल्ट्रूजन रॉड्स घालून (मध्यभागी) आणि नंतर त्या आधारांभोवती फिलामेंट गुंडाळून (खाली). छायाचित्र सौजन्य: टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ म्युनिक LCC.
"कल्पना अशी आहे की तुम्ही एका घन टाकीची फ्रेम एक मॉड्यूलर रचना म्हणून तयार करू शकता," ग्लेस म्हणाले. "हे मॉड्यूल्स नंतर एका मोल्डिंग टूलमध्ये ठेवले जातात, फ्रेम मॉड्यूल्समध्ये टेन्शन स्ट्रट्स बसवले जातात, आणि मग स्ट्रट्सना फ्रेमच्या भागांशी एकीकृत करण्यासाठी त्यांच्याभोवती एमएआय स्केलेटची पद्धत वापरली जाते." या मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादन पद्धतीमुळे एक अशी रचना तयार होते, जी नंतर स्टोरेज टाकीच्या कंपोझिट शेलला गुंडाळण्यासाठी मँड्रेल किंवा कोअर म्हणून वापरली जाते.
TUM ने टाकीच्या फ्रेमची रचना एका घन "कुशन" प्रमाणे केली आहे, ज्याच्या बाजू भरीव, कोपरे गोलाकार आहेत आणि वरच्या व खालच्या बाजूस षटकोनी नमुना आहे, ज्यामधून पट्ट्या (टाईज) घालून जोडता येतात. या रॅकसाठीची छिद्रे देखील ३डी प्रिंट केली होती. ग्लेस म्हणाले, “आमच्या सुरुवातीच्या प्रायोगिक टाकीसाठी, आम्ही पॉलिलॅक्टिक ॲसिड [पीएलए, एक जैव-आधारित थर्मोप्लास्टिक] वापरून षटकोनी फ्रेमचे भाग ३डी प्रिंट केले, कारण ते सोपे आणि स्वस्त होते.”
संघाने टाय म्हणून वापरण्यासाठी एसजीएल कार्बन (मायटिंगेन, जर्मनी) कडून ६८ पल्ट्रुडेड कार्बन फायबर प्रबलित पॉलियामाइड ६ (PA6) रॉड्स खरेदी केले. "संकल्पनेची चाचणी घेण्यासाठी, आम्ही कोणतेही मोल्डिंग केले नाही," असे ग्लाइस म्हणतात, "तर फक्त ३डी प्रिंटेड हनीकॉम्ब कोअर फ्रेममध्ये स्पेसर घातले आणि त्यांना इपॉक्सी ग्लूने चिकटवले. यामुळे टाकी गुंडाळण्यासाठी एक मँड्रेल तयार होते." त्या नमूद करतात की, जरी हे रॉड्स गुंडाळायला तुलनेने सोपे असले तरी, त्यात काही महत्त्वपूर्ण समस्या आहेत ज्यांचे वर्णन नंतर केले जाईल.
"पहिल्या टप्प्यात, डिझाइनची उत्पादनक्षमता दाखवणे आणि उत्पादन संकल्पनेतील समस्या ओळखणे हे आमचे ध्येय होते," असे ग्लाइस यांनी स्पष्ट केले. "त्यामुळे टेन्शन स्ट्रट्स सांगाड्याच्या संरचनेच्या बाह्य पृष्ठभागावरून बाहेर डोकावतात आणि आम्ही वेट फिलामेंट वाइंडिंगचा वापर करून या कोअरला कार्बन फायबर जोडतो. त्यानंतर, तिसऱ्या टप्प्यात, आम्ही प्रत्येक टाय रॉडचे टोक वाकवतो. थर्मोप्लास्टिक असल्यामुळे, आम्ही फक्त उष्णतेचा वापर करून टोकाला पुन्हा आकार देतो जेणेकरून ते सपाट होऊन रॅपिंगच्या पहिल्या थरात लॉक होईल. त्यानंतर आम्ही संरचनेला पुन्हा गुंडाळतो जेणेकरून सपाट थ्रस्ट हेड टाकीच्या आत भूमितीयदृष्ट्या बंदिस्त होईल. भिंतींवर लॅमिनेट."
वाइंडिंगसाठी स्पेसर कॅप. फिलामेंट वाइंडिंग दरम्यान तंतू एकमेकांत गुंतू नयेत म्हणून टीयूएम (TUM) टेन्शन रॉडच्या टोकांवर प्लास्टिक कॅप्स वापरते. छायाचित्र सौजन्य: टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ म्युनिक एलसीसी.
ग्लेसने पुनरुच्चार केला की ही पहिली टाकी केवळ संकल्पनेची सिद्धता होती. “३डी प्रिंटिंग आणि गोंदाचा वापर केवळ प्राथमिक चाचणीसाठी होता आणि त्यामुळे आम्हाला आलेल्या काही समस्यांची कल्पना आली. उदाहरणार्थ, गुंडाळताना, फिलामेंट्स टेन्शन रॉडच्या टोकांमध्ये अडकत होते, ज्यामुळे तंतू तुटत होते, तंतूंचे नुकसान होत होते आणि तंतूंचे प्रमाण कमी होत होते. यावर मात करण्यासाठी, आम्ही उत्पादन प्रक्रियेत मदत म्हणून काही प्लास्टिक कॅप्स वापरल्या, ज्या पहिल्या गुंडाळण्याच्या टप्प्यापूर्वी खांबांवर लावण्यात आल्या. त्यानंतर, जेव्हा आतील लॅमिनेट्स तयार झाले, तेव्हा आम्ही या संरक्षक कॅप्स काढून टाकल्या आणि अंतिम गुंडाळण्यापूर्वी खांबांच्या टोकांना पुन्हा आकार दिला.”
संघाने पुनर्रचनेच्या विविध शक्यतांवर प्रयोग केले. “जे आजूबाजूला पाहून काम करतात, तेच सर्वोत्तम काम करतात,” असे ग्रेस म्हणतात. “तसेच, प्रोटोटाइपिंगच्या टप्प्यात, आम्ही उष्णता देऊन टाय रॉडच्या टोकांना पुन्हा आकार देण्यासाठी एका सुधारित वेल्डिंग टूलचा वापर केला. मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनाच्या संकल्पनेत, तुमच्याकडे एक मोठे टूल असेल जे स्ट्रट्सच्या सर्व टोकांना एकाच वेळी आकार देऊन इंटिरियर फिनिश लॅमिनेटमध्ये रूपांतरित करू शकेल.”
ड्रॉबार हेड्सना नवीन आकार देण्यात आला. TUM ने विविध संकल्पनांवर प्रयोग केले आणि टँकच्या भिंतीच्या लॅमिनेटला जोडण्यासाठी कंपोझिट टायची टोके एका रेषेत आणण्याकरिता वेल्ड्समध्ये बदल केले. छायाचित्र सौजन्य: “ब्रेससह क्यूबिक प्रेशर वेसल्ससाठी उत्पादन प्रक्रियेचा विकास”, टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ म्युनिक, पॉलिमर्स4हायड्रोजन प्रकल्प, ECCM20, जून २०२२.
अशाप्रकारे, पहिल्या गुंडाळणीच्या टप्प्यानंतर लॅमिनेट क्युअर केले जाते, खांबांना पुन्हा आकार दिला जातो, TUM फिलामेंट्सची दुसरी गुंडाळणी पूर्ण करते आणि त्यानंतर बाहेरील टाकीच्या भिंतीचे लॅमिनेट दुसऱ्यांदा क्युअर केले जाते. कृपया लक्षात घ्या की ही टाइप ५ टाकीची रचना आहे, म्हणजेच यामध्ये वायू रोधक म्हणून प्लास्टिक लाइनर नाही. खालील 'पुढील पायऱ्या' विभागातील चर्चा पहा.
"आम्ही पहिल्या डेमोचे आडवे छेद घेतले आणि जोडलेल्या भागाचा नकाशा तयार केला," ग्लेस म्हणाले. "जवळून पाहिल्यावर लक्षात येते की लॅमिनेटच्या गुणवत्तेत काही समस्या होत्या, कारण स्ट्रट हेड्स आतील लॅमिनेटवर सपाट बसत नव्हते."
टाकीच्या आतील आणि बाहेरील भिंतींच्या लॅमिनेटमधील फटींच्या समस्या सोडवणे. सुधारित टाय रॉड हेड प्रायोगिक टाकीच्या पहिल्या आणि दुसऱ्या वळणांमध्ये फट निर्माण करतो. छायाचित्र सौजन्य: टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ म्युनिक एलसीसी.
ही सुरुवातीची ४५० x २९० x ८० मिमी आकाराची टाकी गेल्या उन्हाळ्यात पूर्ण झाली. “तेव्हापासून आम्ही बरीच प्रगती केली आहे, पण आतील आणि बाहेरील लॅमिनेटमध्ये अजूनही एक फट आहे,” असे ग्लेस म्हणाले. “म्हणून आम्ही ती फट एका स्वच्छ, उच्च स्निग्धता असलेल्या रेझिनने भरण्याचा प्रयत्न केला. यामुळे स्टड्स आणि लॅमिनेटमधील जोडणी प्रत्यक्षात सुधारते, ज्यामुळे यांत्रिक ताण मोठ्या प्रमाणात वाढतो.”
संघाने टाकीची रचना आणि प्रक्रिया विकसित करणे सुरू ठेवले, ज्यामध्ये अपेक्षित वेटोळ्याच्या रचनेसाठीच्या उपायांचा समावेश होता. "चाचणी टाकीच्या बाजू पूर्णपणे वळलेल्या नव्हत्या, कारण या भूमितीसाठी वेटोळ्याचा मार्ग तयार करणे कठीण होते," असे ग्लेस यांनी स्पष्ट केले. "आमचा सुरुवातीचा वेटोळ्याचा कोन ७५° होता, पण आम्हाला माहित होते की या दाबपात्रातील भार पेलण्यासाठी अनेक परिपथांची आवश्यकता आहे. आम्ही अजूनही या समस्येवर उपाय शोधत आहोत, परंतु सध्या बाजारात उपलब्ध असलेल्या सॉफ्टवेअरद्वारे हे सोपे नाही. हा एक पुढील प्रकल्प होऊ शकतो."
"आम्ही या उत्पादन संकल्पनेची व्यवहार्यता सिद्ध केली आहे," असे ग्लाइस म्हणतात, "परंतु लॅमिनेटमधील जोडणी सुधारण्यासाठी आणि टाय रॉड्सना पुन्हा आकार देण्यासाठी आम्हाला आणखी काम करण्याची गरज आहे. एका चाचणी यंत्रावर बाह्य चाचणी केली जाईल. यामध्ये तुम्ही लॅमिनेटमधून स्पेसर बाहेर काढता आणि ते जोड किती यांत्रिक भार सहन करू शकतात याची चाचणी करता."
पॉलिमर्स4हायड्रोजन प्रकल्पाचा हा भाग २०२३ च्या अखेरीस पूर्ण होईल, तोपर्यंत दुसरी प्रात्यक्षिक टाकी पूर्ण करण्याची ग्लाइस यांना आशा आहे. विशेष म्हणजे, सध्याच्या डिझाइनमध्ये फ्रेममध्ये शुद्ध प्रबलित थर्मोप्लास्टिक्स आणि टाकीच्या भिंतींमध्ये थर्मोसेट कंपोझिट्स वापरले जातात. अंतिम प्रात्यक्षिक टाकीमध्ये हा संकरित दृष्टिकोन वापरला जाईल का? “होय,” ग्रेस म्हणाल्या. “पॉलिमर्स4हायड्रोजन प्रकल्पातील आमचे भागीदार अधिक चांगल्या हायड्रोजन रोधक गुणधर्मांसह इपॉक्सी रेझिन्स आणि इतर कंपोझिट मॅट्रिक्स मटेरियल्स विकसित करत आहेत.” या कामावर काम करणाऱ्या दोन भागीदारांची नावे त्यांनी सांगितली, पीसीसीएल (PCCL) आणि टाम्पेरे विद्यापीठ (टाम्पेरे, फिनलंड).
ग्लाइस आणि त्यांच्या टीमने एलसीसी कॉन्फॉर्मल कंपोझिट टँकमधील दुसऱ्या हायडेन प्रकल्पासंदर्भात जेगर यांच्यासोबत माहितीची देवाणघेवाण केली आणि विचारांवर चर्चा केली.
"आम्ही संशोधन ड्रोनसाठी एक अनुरूप संमिश्र दाबपात्र तयार करणार आहोत," असे जेगर म्हणतात. "हा टीयूएमच्या एरोस्पेस आणि जिओडेटिक विभागातील दोन विभाग - एलसीसी आणि हेलिकॉप्टर तंत्रज्ञान विभाग (एचटी) यांच्यातील एक सहयोग आहे. हा प्रकल्प २०२४ च्या अखेरीस पूर्ण होईल आणि आम्ही सध्या दाबपात्र पूर्ण करत आहोत. ही रचना अधिक एरोस्पेस आणि ऑटोमोटिव्ह दृष्टिकोनावर आधारित आहे. या प्राथमिक संकल्पना टप्प्यानंतर, पुढील पायरी म्हणजे तपशीलवार संरचनात्मक मॉडेलिंग करणे आणि भिंतीच्या संरचनेच्या अडथळा कामगिरीचा अंदाज लावणे."
"हायब्रीड फ्युएल सेल आणि बॅटरी प्रणोदन प्रणाली असलेला एक शोधक ड्रोन विकसित करणे, ही यामागील संपूर्ण कल्पना आहे," असे ते पुढे म्हणाले. तो जास्त ऊर्जेच्या वापरादरम्यान (म्हणजेच टेकऑफ आणि लँडिंगच्या वेळी) बॅटरीचा वापर करेल आणि कमी ऊर्जेच्या वापरादरम्यान फ्युएल सेलवर स्विच करेल. "एचटी टीमकडे आधीपासूनच एक संशोधन ड्रोन होता आणि त्यांनी बॅटरी व फ्युएल सेल दोन्ही वापरण्यासाठी त्याच्या पॉवरट्रेनची पुनर्रचना केली," असे येगर म्हणाले. "या ट्रान्समिशनची चाचणी घेण्यासाठी त्यांनी एक CGH2 टँकदेखील खरेदी केला आहे."
"माझ्या टीमला एक योग्य बसेल असा प्रेशर टँकचा प्रोटोटाइप बनवण्याचे काम देण्यात आले होते, पण ते दंडगोलाकार टँकमुळे निर्माण होणाऱ्या पॅकेजिंगच्या समस्यांमुळे नाही," असे ते स्पष्ट करतात. "सपाट टँकमुळे वाऱ्याचा तितकासा प्रतिकार होत नाही. त्यामुळे तुम्हाला उत्तम उड्डाण कामगिरी मिळते." टँकचे अंदाजे आकारमान: ८३० x ३५० x १७३ मिमी.
पूर्णपणे थर्मोप्लास्टिक एएफपी अनुरूप टाकी. हायडेन प्रकल्पासाठी, टीयूएम येथील एलसीसी संघाने सुरुवातीला ग्लेसने (वर) वापरलेल्या पद्धतीसारख्याच पद्धतीचा शोध घेतला, परंतु नंतर अनेक संरचनात्मक मॉड्यूल्सच्या संयोजनाचा वापर करणाऱ्या पद्धतीकडे वळले, ज्यांचा नंतर एएफपी (खाली) वापरून अतिवापर करण्यात आला. छायाचित्र सौजन्य: टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ म्युनिक एलसीसी.
"एक कल्पना एलिझाबेथ [ग्लाइस] यांच्या पद्धतीसारखीच आहे," येगर म्हणतात, "की जास्त वाकण्याच्या शक्तींची भरपाई करण्यासाठी पात्राच्या भिंतीला ताण देणारे आधार लावावेत. तथापि, टाकी बनवण्यासाठी गुंडाळण्याच्या प्रक्रियेऐवजी, आम्ही एएफपी (AFP) वापरतो. त्यामुळे, आम्ही दाबपात्राचा एक वेगळा भाग तयार करण्याचा विचार केला, ज्यामध्ये रॅक आधीच जोडलेले असतील. या पद्धतीमुळे मला असे अनेक एकात्मिक मॉड्यूल एकत्र जोडता आले आणि मग अंतिम एएफपी गुंडाळण्यापूर्वी सर्वकाही सील करण्यासाठी एक शेवटचे झाकण लावता आले."
"आम्ही अशी संकल्पना अंतिम करण्याचा प्रयत्न करत आहोत," ते पुढे म्हणाले, "आणि त्याचबरोबर सामग्रीच्या निवडीची चाचणी सुरू करत आहोत, जे H2 वायूच्या प्रवेशाला आवश्यक असलेला प्रतिकार सुनिश्चित करण्यासाठी खूप महत्त्वाचे आहे. यासाठी, आम्ही प्रामुख्याने थर्मोप्लास्टिक सामग्री वापरतो आणि AFP मशीनमधील या पारगमन वर्तनावर आणि प्रक्रियेवर सामग्रीचा कसा परिणाम होईल, यावर काम करत आहोत. प्रक्रियेचा काही परिणाम होईल का आणि त्यानंतर काही प्रक्रिया आवश्यक आहे का, हे समजून घेणे महत्त्वाचे आहे. वेगवेगळ्या स्टॅक्समुळे दाबपात्रातून होणाऱ्या हायड्रोजनच्या पारगमनावर परिणाम होईल का, हे देखील आम्हाला जाणून घ्यायचे आहे."
ही टाकी पूर्णपणे थर्मोप्लास्टिकची बनलेली असेल आणि तिच्या पट्ट्या टेजिन कार्बन युरोप जीएमबीएच (वुपरटाल, जर्मनी) कडून पुरवल्या जातील. येगर म्हणाले, “आम्ही त्यांचे पीपीएस [पॉलिफेनिलीन सल्फाइड], पीईईके [पॉलिइथर कीटोन] आणि एलएम पीएईके [लो मेल्टिंग पॉलिएरिल कीटोन] हे साहित्य वापरणार आहोत.” “त्यानंतर, भेदन संरक्षणासाठी आणि उत्तम कामगिरी करणारे भाग तयार करण्यासाठी यापैकी कोणते सर्वोत्तम आहे, हे पाहण्यासाठी तुलना केली जाते.” पुढील वर्षभरात चाचणी, संरचनात्मक आणि प्रक्रिया मॉडेलिंग आणि पहिली प्रात्यक्षिके पूर्ण करण्याची त्यांना आशा आहे.
हे संशोधन कार्य फेडरल मिनिस्ट्री फॉर क्लायमेट चेंज, द एन्व्हायर्नमेंट, एनर्जी, मोबिलिटी, इनोव्हेशन अँड टेक्नॉलॉजी आणि फेडरल मिनिस्ट्री फॉर डिजिटल टेक्नॉलॉजी अँड इकॉनॉमिक्स यांच्या COMET कार्यक्रमांतर्गत COMET मॉड्यूल “पॉलिमर्स4हायड्रोजन” (आयडी 21647053) मध्ये पार पाडण्यात आले. लेखक सहभागी भागीदार पॉलिमर कॉम्पिटन्स सेंटर लिओबेन जीएमबीएच (PCCL, ऑस्ट्रिया), मॉन्टानयुनिव्हर्सिटेट लिओबेन (फॅकल्टी ऑफ पॉलिमर इंजिनिअरिंग अँड सायन्स, डिपार्टमेंट ऑफ केमिस्ट्री ऑफ पॉलिमर मटेरियल्स, डिपार्टमेंट ऑफ मटेरियल्स सायन्स अँड पॉलिमर टेस्टिंग), युनिव्हर्सिटी ऑफ टॅम्पियर (फॅकल्टी ऑफ इंजिनिअरिंग मटेरियल्स) यांचे आभार मानतात. पीक टेक्नॉलॉजी आणि फॉरेसिया यांनी या संशोधन कार्यात योगदान दिले. COMET-मॉड्यूलला ऑस्ट्रिया सरकार आणि स्टायरिया राज्याच्या सरकारकडून निधी पुरवला जातो.
भारवाहक संरचनांसाठीच्या पूर्व-प्रबलित पत्र्यांमध्ये केवळ काचेचेच नव्हे, तर कार्बन आणि अरामिडचेही अखंड तंतू असतात.
संमिश्र भाग बनवण्याचे अनेक मार्ग आहेत. त्यामुळे, एखाद्या विशिष्ट भागासाठी पद्धतीची निवड ही वापरल्या जाणाऱ्या सामग्रीवर, भागाच्या रचनेवर आणि अंतिम वापर किंवा अनुप्रयोगावर अवलंबून असेल. येथे एक निवड मार्गदर्शक आहे.
शॉकर कंपोझिट्स आणि आर अँड एम इंटरनॅशनल एक अशी पुनर्चक्रित कार्बन फायबर पुरवठा साखळी विकसित करत आहेत, जी शून्य कत्तल, व्हर्जिन फायबरपेक्षा कमी खर्च आणि अखेरीस संरचनात्मक गुणधर्मांमध्ये अखंड फायबरच्या जवळपास पोहोचणाऱ्या लांबी उपलब्ध करून देईल.