日開發(fā)新材料制造儲氫容器 碳纖維或?qū)⑻蕴?/h1>
日期：2025-05-01 08:30
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摘要：
日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所網(wǎng)站發(fā)布消息稱，該所材料研究小組的科學家近日成功研制出一種重量輕、密封性好、強度高、抗高低溫性優(yōu)異的新型材料，為氫氣能源的大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用鋪平了道路。 眾所周知，由于碳纖維材料具有重量輕，強度大的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空航天等各個行業(yè)，而在制造氫氣儲藏容器方面，人們也認為碳纖維是*合適的材料。但是，碳纖維是有機高分子的塑料材料，對氫氣的密封效果并不好，因此不能直接作為儲藏容器使用，必須要添加相應(yīng)的密封層。一直以來，作為氫氣密封層使用的主要有鋁和有機材料兩種，鋁密封性好，但重量大，與碳纖維的黏合性也比較差；而有機材料由于密封性差，至今還沒有進入實用階段。
此次日本研究人員研制的這種新材料采用的夾層結(jié)構(gòu)，正反兩面是各三層的碳纖維材料，而中間則是一層添加了少量樹脂材料的黏土膜。這種黏土膜本身也是由很多層只有一納米厚的黏土結(jié)晶細密地黏結(jié)而成，柔軟、耐熱性好，特別是對氫氣的密封性十分優(yōu)異。研究人員通過加壓加熱等手段將碳纖維材料和黏土膜黏接在一起，制出了這種厚約一毫米的三明治式的新材料。
研究人員使用七個氣壓的氣色層分離法對這種新材料進行測試，結(jié)果顯示，與過去所有的材料相比，該型材料對氫氣的密封性提高了一百多倍。這相當于用這種材料制成長5米，直徑一米，壓力50個氣壓的儲藏罐，而泄漏率每年只有0.01%。研究人員通過觀察該材料的橫截面發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過加熱加壓后，碳纖維層所含的樹脂材料已經(jīng)和黏土膜層緊密地黏合在一起，顯示出良好地黏合性。此外，該材料還經(jīng)過了10000次彎折扭曲的耐久性試驗和100次的-196℃耐超低溫試驗，結(jié)果顯示，試驗后該材料對氫氣的密封性能并沒有下降。
據(jù)研究人員稱，這種新材料除了可應(yīng)用于制造氫氣汽車的燃料儲藏罐、燃料電池容器和便攜式液氫儲藏設(shè)備外，還可能用于制造下一代返回式航天系統(tǒng)的液氫燃料儲藏罐，因此有著廣泛的應(yīng)用前景。
眾所周知，由于碳纖維材料具有重量輕，強度大的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空航天等各個行業(yè)，而在制造氫氣儲藏容器方面，人們也認為碳纖維是*合適的材料。但是，碳纖維是有機高分子的塑料材料，對氫氣的密封效果并不好，因此不能直接作為儲藏容器使用，必須要添加相應(yīng)的密封層。一直以來，作為氫氣密封層使用的主要有鋁和有機材料兩種，鋁密封性好，但重量大，與碳纖維的黏合性也比較差；而有機材料由于密封性差，至今還沒有進入實用階段。
此次日本研究人員研制的這種新材料采用的夾層結(jié)構(gòu)，正反兩面是各三層的碳纖維材料，而中間則是一層添加了少量樹脂材料的黏土膜。這種黏土膜本身也是由很多層只有一納米厚的黏土結(jié)晶細密地黏結(jié)而成，柔軟、耐熱性好，特別是對氫氣的密封性十分優(yōu)異。研究人員通過加壓加熱等手段將碳纖維材料和黏土膜黏接在一起，制出了這種厚約一毫米的三明治式的新材料。
研究人員使用七個氣壓的氣色層分離法對這種新材料進行測試，結(jié)果顯示，與過去所有的材料相比，該型材料對氫氣的密封性提高了一百多倍。這相當于用這種材料制成長5米，直徑一米，壓力50個氣壓的儲藏罐，而泄漏率每年只有0.01%。研究人員通過觀察該材料的橫截面發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過加熱加壓后，碳纖維層所含的樹脂材料已經(jīng)和黏土膜層緊密地黏合在一起，顯示出良好地黏合性。此外，該材料還經(jīng)過了10000次彎折扭曲的耐久性試驗和100次的-196℃耐超低溫試驗，結(jié)果顯示，試驗后該材料對氫氣的密封性能并沒有下降。
據(jù)研究人員稱，這種新材料除了可應(yīng)用于制造氫氣汽車的燃料儲藏罐、燃料電池容器和便攜式液氫儲藏設(shè)備外，還可能用于制造下一代返回式航天系統(tǒng)的液氫燃料儲藏罐，因此有著廣泛的應(yīng)用前景。