目前,在氫燃料電池汽車上,主要有2種儲氫方案:高壓氣態儲氫和液態儲氫。其中,氣態儲氫技術最為成熟,以高壓氫氣瓶為產品代表,是目前成本最低、應用最廣泛的解決方案。
近年來,隨著以氫能源為代表的新能源汽車的發展,國外70MPa復合材料氫氣瓶已經進入示范使用階段。目前,豐田、福特已率先將IV型氫氣瓶應用到中小型運輸車或卡車上。
但同時,氫氣作為一種易燃氣體,在貯存和使用中,氫氣瓶存在著如泄露和滲透、燃燒、壓力和溫度相關的危險因素,同時氫氣對器壁的腐蝕也是設計者需要考慮的。對于IV型瓶來說,雖然內膽材料一般采用熱塑性塑料,同樣需要應對以下問題:
氫氣泄漏后將迅速擴散,導致可燃、可爆區域不斷闊大,且擴散過程肉眼不可見。
液氫系統發生泄露后,將迅速蒸發擴散,形成可見的可爆物團,并可能導致系統形成負壓,并使周圍空氣進入系統。進入系統的空氣凝結成固體顆粒,可能堵塞系統的管道、閥門等部件。
氫氣易滲透某些非金屬材料內,帶來車輛運行風險。氫氣可以溶解在塑料中,強度降低,韌性增加。
氫氣燃燒可能造成氫系統材料性能劣化,并可能導致氫系統因內部溫度和壓力急劇升高而超壓失效。
氫氣燃燒可能導致燃燒區域的迅速擴大和密閉空間壓力的迅速升高。氫氣爆轟產生的高速爆轟波可能對燃燒區域外的環境產生巨大沖擊,并伴隨高溫氣體的迅速傳播。
液氫系統漏熱將引起熱分層和氫蒸發,導致系統內氫氣體積急劇增大,若泄壓裝置動作不及時,可能導致系統超壓失效。
氫液化過程溫度急劇下降,可能導致材料收縮。材料收縮程度不同,又可能導致結構變形不協調,從而造成結構中應力增大和泄露。
液氫系統的低溫環境可能導致材料韌性下降,增加材料的裂紋敏感性。當低于材料的韌脆轉變溫度時,材料將由韌性狀態轉變為脆性狀態。
同樣,當液氫系統溫度低于混入空氣的凝固點溫度時,會形成固體顆粒,阻塞系統的管路閥門等部件。
當溫度接近臨界溫度時,液氫有可能突然沸騰導致儲存容器內壓力迅速升高。
金屬吸收內部氫或外部氫后,局部氫濃度達到飽和時,將引起蘇醒下降,誘發裂紋或延遲斷裂。
為保障氫氣的安全貯存和使用,除了選用合適的塑料內膽材料外,還需要定期對容器進行定期檢驗和評估。這就需要形成有關的標準與規范。目前,已有針對金屬內膽纏繞及全纏繞氣瓶的相關標準,塑料內膽纏繞氣瓶的檢修標準還有待規范。歡迎各位7月26日來江蘇·連云港尋找答案!
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