Tankên standard-platforma daîre ji bo BEV û FCEVs pêkhateyên termoplastîk û termoset bi avahiyek îskeletî bikar tînin ku %25 zêdetir hilanîna H2 peyda dike. #hîdrojen # trends
Piştî ku hevkariyek bi BMW re destnîşan kir ku tangek kûp dikare ji gelek silindirên piçûk karîgeriyek voltîkî ya bilindtir peyda bike, Zanîngeha Teknîkî ya Munîhê dest bi projeyek kir ku ji bo hilberîna serial avahiyek pêkhatî û pêvajoyek çêkirinê ya berbelav pêş bixe. Krediya wêneyê: TU Dresden (jor) çep), Zanîngeha Teknîkî ya Munîhê, Beşa Kompozîtên Karbonê (LCC)
Wesayîtên elektrîkê yên hucreya sotemeniyê (FCEV) ku ji hêla hîdrojenê-emeliyata sifir (H2) ve têne hêz kirin, ji bo bidestxistina armancên jîngehê yên sifir amûrek din peyda dikin. Otomobîleke rêwiyan a şaneya sotemeniyê ya bi motora H2 dikare di 5-7 hûrdeman de were dagirtin û 500 km rêgez heye, lê ji ber kêmbûna cildên hilberînê niha bihatir e. Yek rê ji bo kêmkirina lêçûn ev e ku meriv platformek standard ji bo modelên BEV û FCEV bikar bîne. Ev naha ne mumkun e ji ber ku tangên tîrêjê yên Tîpa 4 yên ku ji bo hilanîna gaza H2 ya pêçandî (CGH2) di 700 bar de di FCEV-an de têne bikar anîn, ji bo beşên bataryayê yên binê laşê ku bi baldarî ji bo wesayîtên elektrîkî hatine çêkirin ne guncan in. Lêbelê, keştiyên zextê yên di forma balîf û kubeyan de dikarin di vê cîhê pakkirinê de cîh bigrin.
Patent US5577630A ji bo "Keştiya Zexta Hevbeş a Hevbeş", serîlêdana ku ji hêla Thiokol Corp. ve di 1995-an de (çep) û keştiya zextê ya çargoşe ya ku ji hêla BMW ve di 2009-an de hatî patent kirin (rast).
Beşa Kompozîtên Karbonê (LCC) ya Zanîngeha Teknîkî ya Munîhê (TUM, Munich, Almanya) ji bo pêşxistina vê têgehê di du projeyan de cih digire. Ya yekem Polymers4Hydrogen (P4H) ye, ku ji hêla Navenda Leoben Polymer Competence (PCCL, Leoben, Avusturya) ve tê rêve kirin. Pakêta xebata LCC ji hêla Heval Elizabeth Glace ve tê rêve kirin.
Projeya duyemîn Xwepêşandan û Pêşveçûna Hîdrojenê (HyDDen) ye, ku LCC ji hêla Lêkolîner Christian Jaeger ve tê rêve kirin. Her du jî armanc dikin ku xwenîşandanek mezin a pêvajoya çêkirinê ji bo çêkirina tankek CGH2 ya maqûl bi karanîna pêkhateyên fîbera karbonê çêbikin.
Dema ku silindirên hûrgelê yên piçûk di şaneyên pîlê yên daîmî (çep) û firaxên zextê yên tîpa 2-ê yên ku ji xêzên pola û fîberek karbonê / şepêla derve ya pêkhatî ya epoksî (rast) hatine çêkirin de, karîgeriya voltîkî ya tixûbdar heye. Çavkaniya Wêne: Hêjmar 3 û 6 ji "Nêzîkatiya sêwirana hejmarî ji bo keştiya qutiya zextê ya tîpa II bi lingên tansiyona navxweyî" ji hêla Ruf û Zaremba et al.
P4H tankek kubeya ceribandinê çêkiriye ku çarçoveyek termoplastîk bi xêzên tansiyonê yên pêkhatî / stûnên ku di nav epoksiya fîbera karbonê de hatî pêçandî bikar tîne. HyDDen dê sêwiranek wekhev bikar bîne, lê dê ji bo çêkirina hemî tankên têkel ên termoplastîk (AFP) bikar bîne.
Ji serîlêdana patentê ya Thiokol Corp. bigire heya "Keştiya Zexta Hevbeş a Hevbeş" di sala 1995-an de heya Patenta Alman DE19749950C2 di sala 1997 de, keştiyên gazê yên pêçandî "dibe ku xwedan konfigurasyona geometrîkî bin", lê bi taybetî şeklên guncan û nerêkûpêk, di valahiya pêvek ve girêdayî ye. . hêman têne bikar anîn da ku bikaribin li hember hêza berfirehbûna gazê bisekinin.
Kaxezek Laboratoriya Neteweyî ya Lawrence Livermore (LLNL) ya 2006-an sê rêbazan vedibêje: keştiyek zextê ya konformal a birîna filamentê, keştiyek zextê ya mîkrobatê ku avahiyek torhombîkî ya hundurîn heye (hucreyên piçûk ên 2 cm an kêmtir), ku ji hêla konteynirek H2-dîwarê tenik ve hatî dorpêç kirin. û konteynirek replikatorê, ku ji avahiyek hundurîn ku ji parçeyên piçûk ên bi zeliqandî pêk tê (mînak, xelekên plastîk ên hexagonal) û pêkhateyek ji çermê çermê tenik yê derve pêk tê. Konteynirên dubare ji bo konteynerên mezintir çêtirîn in ku li wir pêkanînên rêbazên kevneşopî dijwar be.
Patent DE102009057170A ku di sala 2009-an de ji hêla Volkswagen ve hatî tomar kirin, keştiyek zextê ya li ser wesayitê vedibêje ku dê di heman demê de karanîna cîhê baştir bike bandûrek giran peyda bike. Tankên rectangular girêdanên tansiyonê di navbera du dîwarên berevajî yên çargoşe de bikar tînin, û quncik têne dorpêç kirin.
Ya jorîn û têgînên din ji hêla Gleiss ve di kaxezê de "Pêşveçûna Pêvajoya Ji Bo Keştiyên Zexta Kubî bi Barên Dirêj" ji hêla Gleiss et al. li ECCM20 (26-30 Hezîran, 2022, Lozan, Swîsre). Di vê gotarê de, ew lêkolînek TUM-ê ku ji hêla Michael Roof û Sven Zaremba ve hatî çap kirin vedibêje, ku tê de dît ku keştiyek zextê ya kûbî ya ku bi pêlên tansiyonê ve aliyên çargoşe ve girêdide, ji çend silindirên piçûk ên ku di cîhê pîlê felq de cih digirin, bikêrtir e, bi qasî 25 peyda dike. % zêde. cîhê hilanînê.
Li gorî Gleiss, pirsgirêka sazkirina hejmareke mezin ji silindirên piçûk ên celeb 4 di rewşek darûz de ev e ku "hejmara di navbera silinderan de pir kêm dibe û pergalê di heman demê de xwedan rûberek pir mezin a derbasbûna gaza H2 ye. Bi tevayî, pergal ji firaxên kûp kêmtir kapasîteya hilanînê peyda dike.”
Lêbelê, pirsgirêkên din ên di sêwirana kûp a tankê de hene. Gleiss got, "Eşkere ye, ji ber gaza pêçandî, hûn hewce ne ku li hember hêzên çewisandinê yên li ser dîwarên davî bisekinin." "Ji bo vê yekê, hûn hewceyê avahiyek bihêzkirî ye ku di hundurê de bi dîwarên tankê ve girêdide. Lê ev yek bi pêkhateyan zehmet e.”
Glace û ekîba wê hewl dan ku barên tansiyonê yên xurtkirî di keştiya zextê de bi rengekî ku ji bo pêvajoya pêlêdana filamentê guncan be tevbigerin. "Ev ji bo hilberîna volga bilind girîng e," ew rave dike, "û di heman demê de rê dide me ku em şêwaza pêçayî ya dîwarên konteynerê sêwirînin da ku ji bo her barkirina li herêmê arastekirina fîberê xweşbîn bikin."
Ji bo projeya P4H çar gav ji bo çêkirina tankek tevlihev a kubar a ceribandinê. Krediya wêneyê: "Pêşvebirina pêvajoyek hilberînê ji bo keştiyên zextê yên kubî yên bi brace", Zanîngeha Teknîkî ya Munihê, projeya Polymers4Hydrogen, ECCM20, Hezîran 2022.
Ji bo bidestxistina zincîreyê, tîmê konseptek nû ku ji çar gavên sereke pêk tê, wekî ku li jor hatî destnîşan kirin, pêş xist. Kulîlkên tansiyonê, ku bi reş li ser gavan têne xuyang kirin, strukturek çarçoveyek pêşkeftî ye ku bi karanîna rêbazên ku ji projeya MAI Skelett hatine çêkirin têne çêkirin. Ji bo vê projeyê, BMW "çarçoveyek" çarçoveyek camê bi karanîna çar çîpên fîber-hêzkirî pêşxist, ku paşê di çarçoveyek plastîk de hatin çêkirin.
Çarçoveya tankek kûpê ya ezmûnî. Beşên îskeletî yên hexagonal 3D ku ji hêla TUM ve bi karanîna fîlamenta PLA ya nehêzkirî (jor) hatî çap kirin, çîpên pultrusyonê yên CF/PA6 wekî çîpên tansiyonê (navîn) têxin nav xwe û dûv re fîlamentê li dor pêçanê (jêr) dipêçin. Krediya wêneyê: Zanîngeha Teknîkî ya Munich LCC.
"Fikr ev e ku hûn dikarin çarçoweya tankek kûpê wekî avahiyek modular ava bikin," Glace got. "Van modul dûv re di nav amûrek şilkirinê de têne danîn, stûnên tansiyonê di modulên çarçovê de têne danîn, û dûv re jî rêbaza MAI Skelett li dora strûkan tê bikar anîn da ku wan bi perçeyên çarçovê re bike yek." rêbaza hilberîna girseyî, di encamê de avahiyek ku dûv re wekî mandrel an naverok tê bikar anîn da ku qalikê pêkhatî ya tanka hilanînê pêça.
TUM çarçoweya tankê wekî "pergalek" kubar bi aliyên zexm, quncikên girover û nexşeyek hexagonal li ser û binê wê sêwirand ku tê de girêdan dikare têxe nav û pê ve. Kunên van refikan jî 3D çap kirin. "Ji bo tanka xweya ceribandina destpêkê, me beşên çarçoveya hexagonal bi 3D çap kirin ku bi asîdê polîlaktîk [PLA, termoplastîkek biyolojîk e] ji ber ku ew hêsan û erzan bû," Glace got.
Tîmê ji SGL Carbon (Meitingen, Almanya) 68 rodên polîamîd 6 (PA6) yên bihêzkirî yên fîber karbonê pultruded kirîn da ku wekî girêdan bikar bînin. Gleiss dibêje: "Ji bo ceribandina konseptê, me ti şeklekî çênekir," lê bi tenê veqetandek xistin nav çarçoveyek bingehîn a hingiv a çapkirî ya 3D û wan bi çîçek epoksî ve zeliqand. Dûv re ev yek mandrelê peyda dike ji bo lêdana tankê. Ew destnîşan dike ku her çend van çîpên hanê bi rihetî têne bayê, lê hin pirsgirêkên girîng hene ku dê paşê werin vegotin.
"Di qonaxa yekem de, armanca me ev bû ku em hilberîna sêwiranê nîşan bidin û pirsgirêkên di konsepta hilberînê de nas bikin," rave kir Gleiss. "Ji ber vê yekê stûnên tansiyonê ji rûyê derveyî strukturên îskeletî derdikevin, û em fîberên karbonê bi karanîna pêlava fîla şil ve girêdidin. Piştî wê, di gava sêyem de, em serê her çîpek girê didin. termoplastîk, ji ber vê yekê em tenê germê bikar tînin da ku serê xwe ji nû ve şekil bikin da ku ew di tebeqeya yekem a pêçanê de bişewitîne û bigire. Dûv re em dîsa dest bi pêçandina strukturê dikin da ku serê lêdanê ya guncan bi geometrikî di hundurê tankê de were girtin. laminate li ser dîwaran.
Kapika Spacer ji bo pêça. TUM kepçeyên plastîk ên li ser dawiya darên tansiyonê bikar tîne da ku pêşî li tevlihevbûna fîberan di dema pêlêdana filamentê de bigire. Krediya wêneyê: Zanîngeha Teknîkî ya Munich LCC.
Glace dubare kir ku ev tanka yekem delîlek konseptê bû. "Bikaranîna çapkirina 3D û benîşt tenê ji bo ceribandina destpêkê bû û ji me re çend pirsgirêkên ku em pê re rû bi rû man fikirîn. Mînakî, di dema pêlêdanê de, fîlament bi dawiya darên tansiyonê ve hatin girtin, dibe sedema şikestina fîberê, zirara fîberê û kêmkirina mîqdara fîberê da ku li hember vê yekê bisekinin. me çend kelûpelên plastîk wekî alîkariyên çêkirinê bikar anîn ku berî gava yekem bi lêdanê li ser stûnan hatibûn danîn. Paşê dema ku lamînatên hundurîn hatin çêkirin, me van kelûpelên parastinê ji holê rakir û berî pêçana dawîn dawiya stûnan ji nû ve şekil da."
Tîm bi senaryoyên nûavakirinê yên cihêreng ceribandin. Grace dibêje: "Yên ku li dora xwe dinêrin çêtirîn dixebitin." "Di heman demê de, di dema qonaxa prototîpkirinê de, me amûrek weldingê ya guhertî bikar anî da ku germê bicîh bîne û ji nû ve şeklê girêkên girêdeyê bide. Di konseptek hilberîna girseyî de, hûn ê amûrek mezintir hebin ku dikare di heman demê de hemî dawiya strûkan di nav lamînatek hundurîn de çêbike û çêbike. . ”
Serên xêzkirinê ji nû ve hatine çêkirin. TUM bi têgînên cihêreng ceriband û weldan guhert da ku dawiya girêdanên pêkhatî ji bo girêdana bi lamînata dîwarê tankê ve girêbide. Krediya wêneyê: "Pêşvebirina pêvajoyek hilberînê ji bo keştiyên zextê yên kubî yên bi brace", Zanîngeha Teknîkî ya Munihê, projeya Polymers4Hydrogen, ECCM20, Hezîran 2022.
Bi vî rengî, lamînat piştî gava yekem a pêlêdanê tê sax kirin, post ji nû ve têne şekil kirin, TUM pêça duyemîn a fîlan temam dike, û dûv re lamînata dîwarê tankê ya derveyî carek din tê derman kirin. Ji kerema xwe not bikin ku ev sêwirana tankê ya celeb 5 e, ku tê vê wateyê ku ew xêzek plastîk wekî astengiya gazê tune. Gotûbêja di beşa Pêngavên Pêşîn de li jêr bibînin.
Glace got, "Me yekem demo li beşên xaçê qut kir û nexşeya devera girêdayî xêz kir." "Destpêkek nêzîk nîşan dide ku me hin pirsgirêkên kalîteyê bi lamînatê re hebûn, digel ku serê stûyê li ser laminateya hundurîn xêz nedikir."
Çareserkirina pirsgirêkên bi valahiya di navbera lamînata dîwarên hundur û derve yên tankê de. Serê girêka guhêrbar di navbera zivirîna yekem û duyemîn a tanka ceribandinê de valahiyek çêdike. Krediya wêneyê: Zanîngeha Teknîkî ya Munich LCC.
Ev tanka destpêkê ya 450 x 290 x 80 mm havîna borî qediya. Glace got, "Me ji wê demê ve gelek pêşkeftin bi dest xist, lê hîna me di navbera lamînata hundur û derve de valahiyek heye." "Ji ber vê yekê me hewl da ku em wan valahiyan bi rezînek paqij, bi vîskozîteya bilind tijî bikin. Ev bi rastî pêwendiya di navbera stû û lamînatê de çêtir dike, ku ev jî stresa mekanîkî pir zêde dike.
Tîmê pêşveçûna sêwirana tankê û pêvajoyê berdewam kir, tevî çareseriyên ji bo şêwaza pêlêdana xwestî. "Alîyên tanka ceribandinê bi tevahî qut nebûbûn ji ber ku ji bo vê geometrî dijwar bû ku rêyek pêlhev biafirîne," Glace diyar kir. "Guşeya pêlêdana meya destpêkê 75 ° bû, lê me dizanibû ku ji bo barkirina di vê keştiya zextê de gelek şebek hewce ne. Em hîn jî li çareseriyek ji bo vê pirsgirêkê digerin, lê ew bi nermalava ku niha li sûkê ye ne hêsan e. Dibe ku bibe projeyek şopandinê.
Gleiss dibêje: "Me fersendiya vê konsepta hilberînê nîşan da," lê pêdivî ye ku em bêtir bixebitin da ku pêwendiya di navbera laminate de baştir bikin û çîpên girêdanê ji nû ve çêbikin. "Testkirina derveyî li ser makîneyek ceribandinê. Hûn veqetankeran ji lamînatê derdixin û barên mekanîkî yên ku ew girêk dikarin li ber xwe bidin ceribandin.
Ev beşa projeya Polymers4Hydrogen dê di dawiya 2023-an de biqede, wê demê Gleis hêvî dike ku tanka xwenîşandana duyemîn temam bike. Balkêş e, sêwiranan îro di çarçovê de termoplastîkên bihêzkirî yên paqij û di dîwarên tankê de pêkhateyên termoset bikar tînin. Dê ev nêzîkatiya hybrid di tanga xwenîşandana dawî de were bikar anîn? "Erê," Grace got. "Hevalbendên me di projeya Polymers4Hydrogen de rezînên epoksî û materyalên din ên matrixê yên pêkhatî bi taybetmendiyên astengiya hîdrojenê çêtir pêşdixin." Ew du hevkarên ku li ser vê xebatê dixebitin navnîş dike, PCCL û Zanîngeha Tampere (Tampere, Fînlandiya).
Gleiss û ekîba wê jî agahdarî pevguhertin û bi Jaeger re li ser projeya duyemîn HyDDen ji tanka pêkhatî ya konformal a LCC re nîqaş kirin.
"Em ê ji bo dronên lêkolînê keştiyek zextê ya pêkhatî ya konformal hilberînin," Jaeger dibêje. "Ev hevkariyek di navbera her du beşên Beşa Aerospace û Jeodetîkî ya TUM - LCC û Wezareta Teknolojiya Helîkopterê (HT) de ye. Proje dê di dawiya sala 2024an de biqede û em niha keştiya zextê temam dikin. sêwiranek ku bêtir nêzîkatiyek hewayî û otomotîvê ye. Piştî vê qonaxa konsepta destpêkê, gava din ev e ku meriv modela avahîsaziya hûrgulî pêk bîne û performansa astengî ya avahiya dîwar pêşbîn bike.
"Hemû fikir ev e ku meriv dronek keşfê ya bi hucreyek sotemeniyê ya hîbrid û pergalek birêkûpêkkirina pîlê pêşve bibe," wî berdewam kir. Ew ê di dema barkirina hêza bilind de (ango rabûn û daketinê) bataryayê bikar bîne û dûv re di dema rêwîtiya barkirina sivik de derbasî şaneya sotemeniyê bibe. "Tîma HT berê xwedan dronek lêkolînê bû û tîmê hêzê ji nû ve dîzayn kir da ku hem batar û hem jî şaneyên sotemeniyê bikar bîne," Yeager got. "Wan tankek CGH2 jî kirîn da ku vê veguheztinê ceribandin."
"Tîma min ji bo avakirina prototîpek tankek zextê ya ku tê de cîh girt, lê ne ji ber pirsgirêkên pakkirinê yên ku dê tankek silindrîk çêbike," ew rave dike. "Tanka safîtir ew qas berxwedana bayê peyda nake. Ji ber vê yekê hûn performansa firînê çêtir digirin." Pîvanên tankê nêzîkî. 830 x 350 x 173 mm.
Tankek lihevhatî ya AFP-ê ya bi tevahî termoplastîk. Ji bo projeya HyDDen, tîmê LCC li TUM di destpêkê de nêzîkatiyek mîna ya ku ji hêla Glace ve hatî bikar anîn (li jor) keşif kir, lê dûv re derbasî nêzîkatiyek bi karanîna tevhevkirina çend modulên avahîsaziyê bû, ku dûv re bi karanîna AFP-ê (li jêr) zêde hatin bikar anîn. Krediya wêneyê: Zanîngeha Teknîkî ya Munich LCC.
Yager dibêje, "Fikirek dişibihe nêzîkatiya Elisabeth [Gleiss]", "ji bo telafîkirina hêzên bilind ên guheztinê li dîwarê keştiyê bendikên tansiyonê bicîh bikin. Lêbelê, li şûna ku em ji bo çêkirina tankê pêvajoyek pêlêdanê bikar bînin, em AFP bikar tînin. Ji ber vê yekê, me fikirîn ku beşek veqetandî ya keştiya zextê biafirînin, ku tê de refik jixwe yekbûyî ne. Vê nêzîkatiyê rê da min ku ez çend ji van modulên yekbûyî bi hev re bikim û dûv re şanek dawîn bikim da ku her tiştî berî pêça dawî ya AFP-ê mohr bikim.
"Em hewl didin ku konseptek weha bi dawî bikin," wî berdewam kir, "û her weha dest bi ceribandina hilbijartina materyalan bikin, ku ev yek pir girîng e ji bo misogerkirina berxwedana pêwîst li hember derbasbûna gaza H2. Ji bo vê, em bi giranî materyalên termoplastîk bikar tînin û li ser cûrbecûr dixebitin ka ka dê çawa bandorê li ser vê tevger û pêvajoyek pêvekirinê di makîneya AFP de bike. Girîng e ku meriv fêm bike ka dê dermankirin bandorek hebe û gelo piştî pêvajoyek pêdivî ye. Em her weha dixwazin zanibin gelo stûnên cûda dê bandorê li derbasbûna hîdrojenê bi keştiya zextê bikin. ”
Tank dê bi tevahî ji termoplastîkê were çêkirin û xêz dê ji hêla Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal, Almanya) ve were peyda kirin. Yager got, "Em ê materyalên wan PPS [polîfenîlen sulfîd], PEEK [ketone polîter] û LM PAEK [ketona polîaryl ya kêm helandinê] bikar bînin." "Piştre berawird têne kirin da ku bibînin ka kîjan ji bo parastina penetînê û hilberîna parçeyên bi performansa çêtir çêtirîn e." Ew hêvî dike ku di sala pêş de ceribandin, modela avahî û pêvajoyê û xwenîşandanên yekem temam bike.
Xebata lêkolînê di nav modula COMET "Polymers4Hydrogen" (ID 21647053) de di nav bernameya COMET ya Wezareta Federal a Guherîna Avhewa, Jîngeh, Enerjî, Mobility, Nûbûn û Teknolojiyê û Wezareta Federal a Teknolojiya Dîjîtal û Aboriyê de hate kirin. . Nivîskar spasiya hevkarên beşdarî Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL, Avusturya), Montanuniversitaet Leoben (Fakûlteya Endezyariya Polîmer û Zanistiyê, Beşa Kîmyaya Materyalên Polymer, Beşa Zanistiya Materyal û Testkirina Polymer), Zanîngeha Tampere (Fakulteya Endezyariyê) Materyal). ) Zanist), Teknolojiya Peak û Faurecia beşdarî vê xebata lêkolînê bûn. COMET-Modul ji hêla hukûmeta Avusturya û hukûmeta eyaleta Styria ve tê fînanse kirin.
Pelên berî-hêzkirî yên ji bo strukturên bargiran fîberên domdar hene - ne tenê ji camê, lê ji karbon û aramîdê jî.
Gelek awayên çêkirina parçeyên pêkhatî hene. Ji ber vê yekê, bijartina rêbazê ji bo beşek taybetî dê bi materyal, sêwirana beşê, û karanîna dawîn an serîlêdanê ve girêdayî ye. Li vir rêberê hilbijartinê ye.
Shocker Composites û R&M International zincîreyek peydakirina fîbera karbonê ya ji nû ve hatî vezîvirandin pêşdixin ku serjêkirina sifir, lêçûnek kêmtir ji fîbera bakîre peyda dike û dê di dawiyê de dirêjahiyên ku di taybetmendiyên avahîsaziyê de nêzî fîbera domdar dibin pêşkêşî bikin.
Dema şandinê: Mar-15-2023