Fatigue test of carbon epoxy composite high pressure hydrogen storage vessel under hydrogen environment

A significant temperature raise within hydrogen vehicle cylinder during the fast filling process will be observed, while the strength and fatigue life of the cylinder will dramatically decrease at high temperature. In order to evaluate the strength and fatigue of composite hydrogen storage vessel, a 70-MPa fatigue test system using hydrogen medium was set up. Experimental study on the fatigue of composite hydrogen storage vessels under real hydrogen environment was performed. The experimental results show that the ultimate strength and fatigue life both decreased obviously compared with the values under hydraulic fatigue test. Furthermore, fatigue property, failure behavior, and safe hydrogen charging/discharging working mode of onboard hydrogen storage vessels were obtained through the fatigue tests.

整体多层包扎式高压储氢容器的设计与分析

氢能是最有发展潜力的新能源,高压储氢容器是氢能被广泛利用的关键设备。对整体多层包扎式高压储氢容器的筒体、封头、接管与开孔、筒体与封头焊接结构进行了分析与设计,同时建立了封头与接管处有限元模型,仿真结果表明:最大应力发生在封头直边处,与实际可能发生失效位置相符,且各路径的应力评定结果合格。在工作条件产生的循环应力作用下,疲劳寿命校核合格。

中国氢能储运承压设备标准建设思考

作为重要的清洁能源,氢能已进入快速发展阶段。近年来,中国氢能储运承压设备快速发展,法规标准滞后带来的问题越来越显著。在详细地分析和总结中国氢能储运承压设备法规标准现状的基础上,对急需制定的氢能储运设备标准,特别是高压气氢和液氢储运设备方面的标准进行了梳理和探讨,提出了氢能储运承压设备法规标准建设的若干建议,涉及氢能储运设备产品标准、使用标准、检验标准、性能试验标准等4个方面的17条相关建议。

我国液氢储运标准建设思考

作为重要的清洁能源,氢能近年来进入快速发展阶段。随着近年来我国氢能储运技术快速发展,法规标准滞后带来的问题越来越显著,液氢储运技术标准的缺失阻碍了液氢产业发展。本文在广泛查阅、调研、梳理国内外液氢储运相关标准的基础上,讨论了液氢储运标准的建设思路和方向。对我国急需制定的液氢储运设备标准进行了梳理,提出了液氢储运设备标准建设的建议。

内压作用下车载储氢瓶抗典型破片冲击数值模拟研究

针对大质量低速破片对典型车载Ⅲ型储氢瓶的冲击行为,利用LS-DYNA有限元仿真软件建立了典型车载储氢瓶的破片冲击模型,重点研究了在不同内压及破片与瓶体不同夹角下气瓶的冲击响应,并探讨了其损伤数据的变化规律。结果表明:内压与损伤深度及损伤面积都呈现出显著的负相关的关系,总体上呈现先急后缓的趋势,可见内压对于储氢瓶起到了一定的保护作用;当破片与瓶体夹角为90°时,气瓶被穿透,破片着靶角度45°比着靶角度0°对气瓶损伤效果更低;当储氢瓶内压较高时,由于纤维层被破坏,内压会对气瓶造成损伤。由此可见,内压对储氢瓶的防护效果的影响是显著的,但由于碳纤维材料特性,其防护能力较低,建议实际使用时添加外部防护单元。

我国地下储气(氢)井检测技术进展综述

储气井广泛用于汽车加气站储存压缩气体。在对储气井相关文献调研的基础上,结合最新的科研成果和检验工程实践,对储气井的主要检验检测技术、法规标准现状进行了讨论、梳理和总结。对储氢井技术发展情况和检验检测技术难点以及可行的检测技术进行了分析探讨,提出了关于储氢井检验检测技术的建议。

Ⅳ型高压储氢气瓶用碳纤维复合材料界面表征与分析

Ⅳ型高压储氢气瓶的结构载荷主要由外层碳纤维复合材料(CFRP)承载。良好的碳纤维(CF)与环氧树脂(EP)界面性能有助于载荷传递,使CF强度发挥至最大化,提高压力容器的安全性能,另外可以减少CFRP用量,降低成本,从而打破高昂价格带来的应用局限。通过扫描电镜、原子力显微镜、X射线电子能谱仪、动态接触角、微脱黏测试仪及万能试验机对CFRP界面进行了系统的表征与分析。通过分析CF的表面形态、化学成分、润湿性、表面能及界面结合力,揭示了CFRP力学性能与界面性能的相关性。研究表明,CF表面利于形成机械互锁的表面粗糙度、利于化学键结合的含氧活性官能团、利于润湿的极性组分表面能等因素可以增强其与EP的界面结合,最大程度发挥CF的力学性能,使高压容器承载复合材料具有稳定的力学性能。

加氢站储氢压力容器定期检验对策探讨

本文在对加氢站储氢压力容器运行特点以及事故数据分析的基础上,系统梳理了相关法规标准要求,基于损伤模式分析,针对不同类型的加氢站储氢压力容器提出定期检验思路和推荐方案,并开展了检验实践,对于定期检验实施和研究具有借鉴意义。

多功能全多层高压氢气储罐

高压储氢具有储罐结构简单、压缩氢气制备的能耗较少、充装速度快等优点,已成为现阶段氢能储运的主要方式。氢气储罐是高压储氢的关键设备。目前,加氢站使用的高强钢制无缝压缩氢气储罐,由于结构上的原因,存在无抑爆抗爆功能、在线健康状态诊断困难、大容量时泄漏点多等缺点。为此,本文提出了一种多功能全多层高压氢气储罐,并应用于我国第一座站内制氢的加氢站。储罐由双层半球形封头、接管、加强箍、绕带筒体和健康诊断系统组成,具有承压、抑爆抗爆、缺陷分散、健康状态在线诊断等多种功能。

中国氢能承压设备风险分析和对策的几点思考

氢能是构建以清洁能源为主的多元能源供应体系的重要载体,正进入快速发展期。中国氢能承压设备种类、数量快速增长,呈现出极端化、轻量化的发展趋势,其安全保障面临新的挑战。在介绍中国氢能承压设备发展现状的基础上,全面分析了面临的法规风险、技术风险和管理风险,并对风险防控提出了若干建议。

V取代TiCr基储氢合金中部分Cr对储氢性能的影响

研究了以V取代TiCr基储氢合金中的部分Cr对合金的吸氢平台压力、储氢容量以及储氢性能的影响。X射线衍射分析表明, 合金的相组成随着合金中V含量的增加由单一的Laves相经由两相混合共存逐渐转变为单一的体心立方相; 压力-温度-组成测试结果表明: V取代TiCr1.8合金中的部分 Cr可以有效降低合金的吸氢平台压力, 提高合金的最大储氢量, 同时合金吸氢反应的焓变也有很大的增加。

我国氢能高压储运设备发展现状及挑战

氢能是实现碳中和目标的重要途径,高压储运是国内外重点发展的氢能储运方式。由于高压氢气储量大、充放频繁且易导致高压氢脆,氢能高压储运设备具有潜在的泄漏和爆炸危险,近年来国内外已发生多起事故。随着氢能快速发展,我国氢能高压储运设备种类和数量快速增长,安全保障面临新的挑战。本文介绍了氢能高压储运设备基本特点、发展现状和面临的挑战,并提出了若干研究建议。

轻质高压贮氢容器的现状及发展趋势

该文介绍了国内外轻质高压贮氢容器的现状和发展趋势,着重介绍了复合纤维缠绕贮氢容器结构、设计方法和检测要求。该容器采用塑料或金属内衬作为阻隔层,由外部缠绕的纤维增强材料承受载荷,并在最外层设置复合材料保护层。与钢制容器相比,复合纤维缠绕容器具有轻质、耐高压、安全可靠的特点。

加氢站用高压储氢容器

加氢站用储氢容器的储存压力高,介质易燃易爆,且容器材料有可能发生氢脆,具有潜在的泄漏和爆炸危险。总结了加氢站用储氢容器的基本特点,介绍了铬钼钢的高压氢环境氢脆特性,以及美国、日本对储氢容器的安全技术要求,并针对我国加氢站用高压储氢容器存在的安全隐患,提出了相关建议。

纤维缠绕高压氢气瓶火烧温升试验及数值研究

为研究气瓶在火烧情况下的安全性能及内部气体的温升规律,进行了火烧试验研究,得到了气瓶外表面的温度场分布及内部气体的温升规律,结果表明内部气体的温升速率很小,且与外表面存在较大温差。以试验数据为基础建立3D数值模型,对火烧时气瓶内部气体的温升进行模拟,并对试验结果和模拟结果进行比较分析,表明所建立的模型能较为准确的模拟气瓶火烧试验时的内部温升,该模型为进一步研究气瓶火烧试验奠定了基础。

碳纤维缠绕储氢瓶的有限元自紧分析和爆破压力预测

根据高压储氢瓶的金属内胆和外部碳纤维缠绕层的结构特点进行各向同性金属和各向异性复合材料叠层的有限元建模。考虑自紧作用与气瓶的实际工况,对气瓶在不同内压下应力和变形的弹塑性响应进行了分析。参考DOT CFFC标准对气瓶进行了自紧设计和弹塑性加卸压模拟分析。基于渐进破坏理论,用Tsai-Wu失效准则判断复合材料失效模式,并据此修改单元刚度;利用单元生死技术,依据失效单元数目的急剧增大来预测气瓶的爆破压力,与文献试验结果相比误差很小,验证了该方法的可靠性。

Ti-Cr-Mn-M(M=V、Fe、Ni、Cu)合金的储氢性能

为改善Ti(Cr-Mn)2AB2型合金的储氢性能,采用A侧过化学计量和过渡金属部分替代Mn进行多元合金化,系统研究了Tix(Cr-Mn-M)2(x=1.0,1.1;M=V、Fe、Ni、Cu)合金的储氢性能。研究结果表明,V、Fe、Ni、Cu部分替代Mn进行多元合金化后,合金主相仍保持C14(MgZn2)型Laves相,合金晶胞体积增大。合金化元素部分替代Mn后合金的活化性能得到明显改善,合金吸放氢量增大,吸放氢压力滞后减小。除Fe使合金放氢平台压力有所升高外,其余合金化元素均使合金的吸放氢平衡压力有不同程度的降低,这是由于合金的晶胞体积增大所致。在所形成的合金中,以Ti1.1Cr1.2Mn0.5Cu0.3的综合性能最好,其室温下吸放氢量分别达到1.95%和1.72%(质量分数)。采用该合金与自制的轻质高压储氢容器(工作压力为40MPa)复合组成金属氢化物复合式高压储氢器,对其储氢密度的计算结果表明,当储氢合金的填充量(体积分数)达到0.20时,该复合式储氢器总的体积储氢密度将提高57%。

高压氢气储运移动式压力容器发展趋势与挑战

高压储运是主要氢气储运方式,高压氢气移动式压力容器是主要氢气储运装备。高压氢气储运容器充放频繁,氢气储量大,介质易燃易爆,具有潜在的泄漏和爆炸危险。此外,作为移动式压力容器,对运输效率要求较高,运输环境复杂多变。中国已把氢能列为未来产业,高压氢气储运容器类型和数量也将快速发展。该文总结了高压氢气储运容器主要类型、应用特点,以及国内外技术发展现状及趋势,指出中国高压氢气储运容器发展中面临的问题,并提出研究重点及建议。

电化学方法研究贮氢电极合金的P-C-T曲线

根据电化学和热力学的基础理论,考虑了氢气的逸度、碱液中水的活度以及碱液中水蒸汽的分压等影响因素,精确计算了金属氢化物电极反应的能斯特方程。结合三电极测试体系,建立了一套贮氢电极合金的P-C-T曲线电化学测定方法,并给出实验操作及相关参数确定的细节。该方法适用于涉及到大量实验工作的贮氢电极合金的成分优化及工艺研究。

Ⅳ型车载储氢气瓶关键技术研究进展

氢燃料电池汽车(FCV)以其零排放的特点成为未来汽车的发展趋势,用于存储高压氢气的储氢气瓶是燃料电池汽车必不可少的关键零部件之一。归纳了Ⅳ型储氢气瓶研发所面临的关键技术难点,包括内胆原材料选型及成型工艺、密封结构设计、树脂改性研制、轻量化设计与纤维缠绕,并在此基础上分别介绍了国内外的研究现状。