La fibra de carboni termoplàstica millorarà la producció i el processament d'ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen en el futur?
L'energia de l'hidrogen és àmpliament reconeguda com una de les fonts d'energia més respectuoses amb el medi ambient. La investigació sobre l'hidrogen té una història de més de cent anys i la seva aplicació com a font d'energia neta s'ha estudiat durant diverses dècades. A causa de la inflamabilitat i l'explosivitat de l'hidrogen, hi ha requisits elevats de temperatura i pressió en els seus escenaris d'ús. Per tant, calen investigacions i experiments més aprofundits per permetre un ús més còmode de l'energia de l'hidrogen. Les ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen són actualment un mètode relativament reeixit per aplicar l'energia de l'hidrogen; poden emmagatzemar gas d'hidrogen a alta pressió i s'utilitzen en vehicles com ara cotxes. Al llarg de les dècades, les ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen han evolucionat del tipus I al tipus V, passant de materials totalment metàl·lics a materials compostos completament enrotllats sense un revestiment interior.
Els avantatges de rendiment de les ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen de fibra de carboni són importants i es poden utilitzar simultàniament amb fibres d'aramida.
Recentment, l'Institut Indi d'Enginyeria Aeroespacial va publicar una investigació que va comparar i analitzar el comportament estructural de les ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen d'alta pressió de tipus IV fetes de fibra de vidre S, fibra de carboni de grau T700- i reforçada amb fibra d'aramida. composites sota una pressió de treball de 70 MPa.
Els resultats van mostrar que la deformació de l'ampolla de fibra de vidre S de tipus IV era d'10,873 mm, la deformació de l'ampolla de fibra de carboni de grau T700-Tipus IV era d'1{{1{{12 }}}},176 mm, i la deformació de l'ampolla de Kevlar tipus IV va ser d'1,0845 mm. Les soques elàstiques dels tres materials van ser de 0,26812, 0,25658 i 0,073177, respectivament. A més, la tensió principal màxima per a l'ampolla de fibra de vidre S de tipus IV va ser de 1105,9 MPa, la tensió per a l'ampolla de fibra de carboni de tipus IV va ser de 1168,2 MPa i la tensió per a l'ampolla de Kevlar tipus IV va ser de 1389,4 MPa. L'estudi va assenyalar que dins dels rangs acceptables de tensió i tensió, les fibres d'aramida són materials adequats per als recipients a pressió d'hidrogen.
En resum, en l'aplicació d'ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen de material compost, els compostos de fibra de carboni ofereixen una major rigidesa, mentre que els compostos de fibra d'aramida proporcionen una millor duresa. Per descomptat, aquests dos tipus de compostos no s'exclouen mútuament; més aviat, mitjançant un disseny i una combinació raonables, es poden aprofitar els seus respectius avantatges. Aquest enfocament pot equilibrar la rigidesa i la duresa en les aplicacions d'ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen de fibra de carboni, assegurant el rendiment mecànic alhora que millora la seguretat.
Les ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen de fibra de carboni poden revertir la disminució del valor de l'"or negre"?
La fibra de carboni es coneix com "or negre", cosa que reflecteix el seu alt valor i, en conseqüència, els preus del mercat s'han mantingut elevats. Tanmateix, les estadístiques dels últims dos anys indiquen que "l'or negre" s'està depreciant. Els de les indústries relacionades o els professionals de la fibra de carboni haurien d'entendre els motius d'aquesta tendència. Hi ha hagut un augment de la capacitat de producció de fibra de carboni de gamma baixa, mentre que la demanda de les indústries aigües avall ha arribat a la saturació. La conseqüència de l'excés d'oferta és un ràpid descens dels preus del mercat de la fibra de carboni. Per descomptat, l'augment de la capacitat de producció de fibres de carboni i composites de gamma mitjana i alta no ha estat significatiu, i els preus del mercat no han canviat gaire.
Les dades mostren que el 2022, la mida del mercat mundial de fibra de carboni va assolir els 4.386 milions de dòlars, un augment interanual del 29.0%. La demanda mundial de fibra de carboni va ser de 135,000 tones, un creixement del 14,4% en comparació amb les 118,000 tones del 2021. Impulsat per la política de "doble carboni", el mercat dels recipients a pressió ha experimentat un ràpid creixement, amb la demanda global de recipients a pressió que va arribar a les 14.800 tones el 2022, un augment del 34,5% respecte a l'any anterior, que representa l'11,0% del mercat segmentat. S'espera que l'any 2030, la demanda mundial de recipients a pressió superi les 80 000 tones, cosa que indica una forta tendència de creixement.
L'any 2022, la Xina va utilitzar aproximadament 6 000 tones de fibra de carboni per als cilindres de gas, amb gairebé la meitat de la que s'utilitzava per a ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen. En el futur, és probable que el punt de creixement de la fibra de carboni als recipients a pressió sorgeixi del mercat de les ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen. Amb la forta empenta del govern pel desenvolupament de piles de combustible i vehicles d'hidrogen, hi ha un potencial immens en el sector de les ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen, que condueix a una demanda accelerada de fibra de carboni en aquest camp. Les dades indiquen que a finals de 2022, el nombre de vehicles de piles de combustible d'hidrogen a la Xina era d'aproximadament 12.300, amb l'objectiu d'arribar als 50,000 el 2025, donant lloc a una taxa de creixement composta anual de gairebé el 60%. Si la demanda de fibra de carboni d'ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen augmenta fins al 50% el 2025, la demanda de fibra de carboni podria arribar a les 12.700 tones.
En els propers anys, el potencial de les ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen de fibra de carboni és enorme. La capacitat de producció de fibra de carboni de gamma baixa dirigida no només mitiga la disminució del valor de l'"or negre", sinó que també promou el ràpid desenvolupament de la indústria de l'energia de l'hidrogen, aconseguint una veritable situació de guanyar-guanyar.
La fibra de carboni termoplàstica millorarà la producció i el processament d'ampolles d'emmagatzematge d'hidrogen en el futur?
S'espera que l'alliberament de la capacitat de producció de fibra de carboni de gamma baixa ajudi a resoldre els reptes als quals s'enfronta la indústria nacional de fibra de carboni, però aquesta no és una solució a llarg termini. Una millora més completa de la tecnologia de fibra de carboni, específicament el domini de les capacitats de producció en massa de fibres de carboni de gamma mitjana i alta, és essencial per obtenir un avantatge competitiu al mercat global de la fibra de carboni. La fibra de carboni termoplàstica podria ser la següent direcció important per al desenvolupament de la indústria de la fibra de carboni. Aleshores, els compostos de fibra de carboni termoplàstics tindran un paper promotor en la utilització de l'energia de l'hidrogen?
Avantatges dels compostos termoplàstics de fibra de carboni:
1. Alta relació força-pes: La fibra de carboni és coneguda per la seva alta relació resistència-pes. La combinació de fibra de carboni amb una matriu termoplàstica millora aquest avantatge, fent que els compostos de fibra de carboni termoplàstics siguin atractius per a aplicacions a les indústries aeroespacials i d'automoció on els materials lleugers i d'alta resistència són crítics.
2.Estabilitat Química: Les resines termoplàstiques solen presentar una millor resistència química en comparació amb les resines termoestables, fent que els compostos de fibra de carboni termoplàstics siguin adequats per a aplicacions que requereixen contacte amb productes químics agressius, com els de la indústria de processament químic.
3.Millora la resistència a l'impacte: En comparació amb les resines termoestables, les resines termoplàstiques solen tenir una millor resistència a l'impacte i duresa, cosa que fa que els compostos de fibra de carboni termoplàstics siguin ideals per a aplicacions que requereixen un rendiment d'impacte excel·lent.
4.Fabricació ràpida: La velocitat de processament dels compostos de fibra de carboni termoplàstic és més ràpida que la dels compostos de fibra de carboni termoestables a causa dels temps de curat més curts. Aquesta característica beneficia les indústries que exigeixen cicles de producció ràpids i un alt rendiment.
5. Soldabilitat: Els compostos termoplàstics de fibra de carboni es poden unir mitjançant diverses tècniques de soldadura, com ara la soldadura per ultrasons o la soldadura per inducció. Aquesta capacitat facilita el procés de muntatge i permet la producció d'estructures complexes.
6.Reparabilitat: Els compostos de fibra de carboni termoplàstics són generalment més fàcils de reparar que els compostos de fibra de carboni termoestables. Es poden escalfar, remodelar o pegar, permetent reparacions in situ sense comprometre el rendiment global del material.
7.Reprocessabilitat: Els compostos termoplàstics de fibra de carboni es poden fondre i reformar diverses vegades sense degradar significativament les seves propietats mecàniques. A diferència dels compostos de fibra de carboni termoestables, que pateixen reaccions de curació irreversibles, aquesta reprocessabilitat fa que els compostos termoplàstics siguin més respectuosos amb el medi ambient i econòmicament viables.
8.Reciclabilitat: Els compostos termoplàstics de fibra de carboni es poden reciclar al final del seu cicle de vida, reduint l'impacte ambiental i contribuint a un ús sostenible.
