氢能知识 高压气瓶的相关知识,
氢电池能拆吗,氢能电池标准,氢能电池极片 目前，高压储氢罐主要包括全金属气瓶（I型）、金属内衬纤维环绕气瓶（II型）、非金属内衬纤维全绕气瓶（III型）和非金属衬纤维全绕气罐（IV型）集装箱的安全监控。质量储氢密度仅为1%~1.5%，常用于在钢瓶筒段外侧包裹复合纤维的少量氢II型钢瓶的固态储存。制造成本比I型气瓶高50%，但重量减少了30%~40%，III型气瓶使用复合纤维材料完全包裹金属内衬。此时，内衬的主要功能是防止氢气从复合材料间隙泄漏。无压力的缸套相对较薄，使得III型气缸的质量仅为II型气缸的50%。郑金阳等人设计的铝内衬纤维缠绕罐，选用碳纤维增强和环氧树脂基体作为承压层。Enrico开发了87.5MPa钢制碳纤维缠绕大容量储氢容器，容量超过580L，并在大连氢站使用。
IV型气瓶通常内衬聚合物，如高密度聚乙烯，这会进一步降低气瓶的质量。日本丰田公司开发的非金属内衬纤维缠绕气瓶的标称工作压力为70 MPa，质量储氢密度为5.7%，体积储氢密度40.8 kg/m3。然而存在一些问题，如非金属衬里对氢气的密封性差以及金属和非金属结构之间的复杂结合。将石墨烯片混合到聚合物基质中的方法可以将聚乙烯和不锈钢之间的粘合强度提高一个数量级内衬，即所谓的V型，工作压力为70~100MPa，使用寿命超过30年，目前仍处于研究阶段。
在高压和固态复合储氢的研究中，丰田开发了一种工作压力为35MPa的气罐，使用Ti-Cr-Mn合金作为储氢材料，储氢容量为7kg，储氢密度约为40kg/m3。徐双清等人建立了高压固态复合系统储氢密度的数值分析模型，结果表明，增加合金载荷将显著增加系统的储氢密度。内部构件的存在导致储氢密度的质量和体积分别降低5.0%~8.2%。分别为2.6%～4.4%。Nguyen等人提出了一种具有三层绝缘结构的便携式储氢系统，其工作温度为77 K，工作压力小于10 MPa。与商用IV型瓶相比，重量为31%，质量容量减少11%，材料成本为42%。复合储氢技术发展的关键是开发高质量、高储氢密度、低脱水温度和良好循环的储氢材料。
在开发高压气瓶时，不仅要注意制造成本和储氢能力等经济指标，还要注意三个关键的安全问题
（1） 氢脆氢脆是一种长期效应，它会导致金属材料的机械财产降低，严重影响氢储存和运输系统的安全，甚至导致容器失效，对周围环境的氢浓度造成灾难性后果，Meng等人研究了X80管线钢在不同氢浓度下的材料财产，发现氢浓度越高，Amaro等人提出了管线钢在气态高压氢工作环境中疲劳裂纹扩展的预测模型，以防止氢脆的发生。Komoda等人研究了氢气中的一氧化碳杂质对管线钢疲劳裂纹加速增长的抑制作用。Michler等人报道，铝合金不受干燥高压氢气环境的影响，此外，Hwang等人指出，使用聚四氟乙烯涂层可以进一步提高用于液氢储罐的奥氏体不锈钢的抗氢脆性。
（2） 氢渗透渗透性是储氢中需要考虑的另一个问题。I、II和III型压力容器的渗透性并不显著。然而，对于具有高氢渗透性的非金属衬里的IV型压力容器，渗透性是一个安全问题。新容器的碳纤维外包装的氢渗透性受到严重限制。在即将使用的容器中，大量的微裂纹将影响树脂/碳纤维基体，从而增加氢渗透。Wang等人从氢渗透、热不稳定性和机械损伤方面讨论了衬里失效的原因。由于强分子极性和氢键，重点是替代材料的优化策略。聚酰胺已逐渐成为IV型储氢的潜在选择。Sun等人全面研究了填充有层状无机组分的聚酰胺6作为储氢衬里的适用性。但他们没有讨论气体循环对材料的氢渗透性和其他财产的影响。含有未氧化石墨烯片的高抗气聚乙烯复合材料和碳纤维石墨烯杂化复合材料在轻型高压储气罐中也有广阔的应用前景。
（3） 复合材料承担着储氢的主要压力，一旦失效，就会引发严重事故。因此，掌握复合纤维材料的破坏机理非常重要。有限元法已被广泛用于预测复合材料的破坏性能和强度。Wang等人基于ABAQUS建立了一个渐进损伤模型，Liu等人比较研究了复合材料容器的两种不同失效机制：层内损伤和层间剥离，Han和Chang发现层内损伤是影响复合材料容器力学财产的主要因素。Han和Chang使用有限元分析评估了III型氢压力容器在冲击载荷下的结构完整性，并发现即使某些层因横向分层或基体失效而失效，整个结构在操作条件下甚至在冲击后也是安全的。Chou等人提出了一个模型，为了预测先进复合材料中纤维断裂的累积，表明单向复合材料结构的失效会导致随机纤维断裂的形成。在未来，有必要对真实工作条件下重复填充的储罐失效进行理论、模拟和实验研究。
