复合材料的低温测试，用于未来的储氢 复材云集｜复合材料

2021年12月，Toray Advanced Composites（荷兰Nijverdal的TAC）宣布与荷兰(NL)LH2复合材料储罐联盟合作开发用于民用航空的长寿命、全热塑性复合LH2储罐。

项目联盟成员之一荷兰航空航天中心（NLR，Marknesse）的高级复合材料科学家Henri de Vries说：“我们已经建立了额外的设施来测试20K条件下的复合材料，并且测量它们是否可以抵抗层压板中的微裂纹和H2渗透。我们从阿丽亚娜6号运载火箭发动机推力架的工作中获得了经验，但那是在更高的温度下，接近80K。即使我们正在测试热固性塑料，这主要是为了建立一个基准。相反，我们专注于热塑性塑料，这也是TAC的专长，因为我们已经看到聚芳醚酮[例如PAEK、PEEK、PEKK]等半结晶聚合物在极低温度下的有趣特性。”

根据de Vries的说法，测试将需要18个月。他指出：“第一个测试结果看起来很有希望，我们正在进行大量渗透性测试，以选择最好的材料。”

在IV型压缩气体氢(CGH2)储罐中，碳纤维增强环氧树脂缠绕在未增强尼龙或高密度聚乙烯(HDPE)衬里上作为渗透屏障。de Vries说：“复合材料本身并没有那么糟糕，我们已经有一个在-269°C的液氦中经受住了热循环。进一步的测试是必要的，但很难在几个月内完成20年寿命的测试。”

英国的ASCEND计划正在建立类似的能力，该计划提出：“努力为飞机原始设备制造商提供潜在解决方案，以生产更高速率、更多复合材料密集型飞机部件。”特别是在主题4：电气化和多功能中，值得注意的是：“这些工作包将引入集成的多功能机身结构——包括由合作伙伴Hive Composites开发的基于纳米材料的除冰系统、复合面板中的集成电线和用于用于未来零排放、净零飞机的V型低温氢气罐。在储罐工作包中，目标包括探索适用于低温的复合材料的全球供应链，同时在英国开发测试能力以在试件级别验证低温性能，并了解纤维缠绕或编织储罐的制造能力。”

此外，2022年2月，由波音公司（美国伊利诺伊州芝加哥）设计和制造并由NASA管理的新型大型全复合材料无内衬低温燃料箱通过了一系列关键测试。该测试建立在波音公司在航空航天应用中安全使用氢气的丰富经验之上，将为波音公司正在进行的氢气作为商业航空未来潜在能源途径的研究提供信息。除了用于太空计划外，波音公司还完成了五个氢飞行演示计划。

在汽车领域，Forvia（法国南泰尔）实现清洁交通转型的部分开发和战略包括使用热固性和热塑性复合材料的低温储氢罐。该公司引入了子公司佛吉亚开发的低温储氢解决方案，利用液态氢(LH2)的更高能量密度。它以更紧凑的版本提供，能够在减少40%的体积内存储相同数量的H2（与700 bar CGH2储罐相比）。

Forvia与Air Liquide（法国巴黎）合作，还通过制造过冷液态氢(sLH2)低温罐（最大压力约为20bar）来瞄准重型车辆运输。

低温压缩氢(CcH2)由BMW（德国慕尼黑，2006-2013年发布的报告）开发用于汽车，现在由Cryomotive（德国陶夫基兴）使用绝缘碳纤维增强聚合物(CFRP)储罐系统进行推广。一旦商业化，Cryomotive用于卡车的全尺寸演示罐的直径范围为600至700mm，长度为2350至2650mm，以二至四罐系统配置容纳75至115Kg CcH2气体。

Cryomotive的联合创始人Tobias Brunner博士解释道：“我们发现，如果将LH2压缩成30或40MPa[300或400bar]的低温气体，基本上可以增加其密度，这是第一个没有人相信的假设，但我们与林德一起建造了一个泵，并证明我们可以生产30MPa的高压低温气体，密度为80g/L，而LH2的密度为65至70g/L。”