碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶的研制与应用进展

复合材料科学与工程 ›› 2015, Vol. 0 ›› Issue (12): 99-104.

碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶的研制与应用进展

杨文刚¹, 李文斌¹, 林松³, 贾晓龙^1,2*

1.北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室,北京 100029;
2.北京化工大学常州先进材料研究院,江苏 213164;
3.航天材料及工艺研究所,北京 100076

收稿日期:2015-07-15 出版日期:2015-12-28 发布日期:2021-09-14
通讯作者: 贾晓龙(1982-),男,博士,副教授,研究领域为复合材料及其相关成型工艺,jiaxl@mail.buct.edu.cn。
作者简介:杨文刚(1992-),男,硕士,研究领域为碳纤维缠绕复合材料的制备与表征。
基金资助:
国家自然科学基金(U1362205,5157031049);江苏省自然科学基金(SBK2014040489);北京市高校青年英才计划(YETP0492)

RESEARCH AND APPLICATION PROGRESS OF CARBON FIBER COMPOSITE HYDROGEN STORAGE CYLINDER

YANG Wen-gang¹, LI Wen-bin¹, LIN Song³, JIA Xiao-long^1,2*

1. State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China;
2. Changzhou Institute of Advanced Materials, Beijing University of Chemical Technology, Jiangsu 213164, China;
3. Aerospace Research Institute of Materials & Processing Technology, Beijing 100076, China

Received:2015-07-15 Online:2015-12-28 Published:2021-09-14

摘要/Abstract

摘要： 氢能是21世纪最有潜力的新型能源,具有高能、环保、可再生等优点,但氢气的储运技术滞后严重限制了其大规模应用。碳纤维缠绕复合材料氢气瓶因具有质量轻、韧性强、耐疲劳性好等优点,在储氢领域具有广阔的应用前景。本文综述国内外高压气态储氢技术研究现状,并结合国产碳纤维复合材料应用现实,论述了碳纤维缠绕储氢气瓶制备的技术要点、标准规范以及成型设备等方面的最新进展,展望了碳纤维缠绕储氢气瓶的产业前景。

关键词: 氢能, 气瓶, 碳纤维, 复合材料, 缠绕成型

Abstract: Hydrogen is the most promising new energy in the 21st century, which shows advantages of high energy density, excellent environmental friendliness and good renewability, etc. However, the slow development of storage technology for hydrogen has severely limited its large-scale application. With the advanced performance of light weight, high obdurability and good fatigue resistance, the carbon fiber filament winding composite cylinder has showed the great potential in hydrogen storage. This paper reviews the current progress of high stress gas storage technology for hydrogen in the world. Based on the ongoing application of domestic carbon fiber composites, the newest progress in preparing technology, standard specification and processing equipment of carbon fiber composite hydrogen cylinder is fully analyzed. The future prospect for the application of carbon fiber composite hydrogen cylinder is expected.

Key words: hydrogen, gas cylinder, carbon fiber, composites, filament winding

中图分类号:

TB332

杨文刚, 李文斌, 林松, 贾晓龙. 碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶的研制与应用进展[J]. 复合材料科学与工程, 2015, 0(12): 99-104.

YANG Wen-gang, LI Wen-bin, LIN Song, JIA Xiao-long. RESEARCH AND APPLICATION PROGRESS OF CARBON FIBER COMPOSITE HYDROGEN STORAGE CYLINDER[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2015, 0(12): 99-104.

参考文献

[1] 别海燕. 铝内胆纤维全缠绕高压氢气瓶耐火及抗疲劳性能研究. 浙江大学, 2011.
[2] 李冬燕. 储氢技术研究进展. 河北化工, 2007, 02: 11-13+15.
[3] 郑津洋, 别海燕, 徐平, 等. 车用纤维全缠绕高压储氢气瓶标准研究. 压力容, 2007, 11: 48-56.
[4] 冯慧聪. 移动加氢站技术方案研究. 中国科技信息, 2008, 12: 42-44.
[5] 欧可升. 碳纤维全缠绕复合材料高压储氢气瓶耐局部火烧性能研究. 浙江大学, 2014.
[6] 欧训民. 氢能制取和储存技术研究发展综述. 能源研究与信息, 2009, 01: 1-4+16.
[7] 郑津洋, 开方明, 刘仲强, 等. 轻质高压储氢容器. 化工学报, 2004, S1: 130-133.
[8] 侯少静. 铝内衬碳纤维增强复合材料储氢气瓶多尺度失效性能分析. 浙江大学, 2012.
[9] 刘亚君, 金玉娟. 车用铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶设计要点. 压力容器, 2009, 12: 28-33.
[10] 张漩. 铝合金内胆碳纤维缠绕气瓶结构分析与研究. 国防科学技术大学, 2007.
[11] 郑强. 全缠绕复合气瓶有限元分析和优化设计. 武汉理工大学, 2008.
[12] 嵇醒, 戴瑛, 顾星若. 碳纤维缠绕铝内胆气瓶的有限元分析与自紧设计. 力学季刊, 2003, 03: 385-389.
[13] 张仁良, 陈金岳, 曾欣. 碳纤维复合气瓶自紧工艺及其应力分析. 煤矿安全, 2004, 02: 27-30.
[14] 张广哲, 王和慧, 关凯书. 碳纤维缠绕储氢瓶的有限元自紧分析和爆破压力预测. 压力容器, 2011, 08: 27-34+43.
[15] 周云端. 专用缠绕机的开发与张力控制系统研究. 西北工业大学, 2006.
[16] 白侠, 李辅安, 李崇俊, 等. 纤维单向缠绕成型锥形壳体的研究. 玻璃钢/复合材料, 2007, 05: 39-42.
[17] 肖颖, 史耀耀, 常丽丽. 复合材料缠绕成形工艺研究. 电加工与模具, 2007, 5: 56-60.
[18] 李明华. 纤维缠绕张力控制系统研究. 南京航空航天大学, 2008.
[19] 侯少静. 铝内衬碳纤维增强复合材料储氢气瓶多尺度失效性能分析. 浙江大学, 2012.
[20] 李默宇. 碳纤维湿法缠绕用高模量高韧性环氧树脂基体. 北京化工大学, 2008.
[21] 苏祖君, 梁国忠, 曾金芳, 等. 树脂基复合材料湿法缠绕成型研究进展. 玻璃钢/复合材料, 2005, 01: 46-49.
[22] 李默宇, 梁胜彪, 孟庆云, 等. 碳纤维湿法缠绕用高模量高韧性环氧树脂基体. 玻璃钢/复合材料, 2009, 02: 72-77.
[23] 贾晓龙, 李刚, 薛忠民, 等. 碳纤维/环氧树脂在橡胶内衬表面的全缠绕工艺设计. 玻璃钢/复合材料, 2009, 02: 61-64.
[24] 梁胜彪, 王成忠, 杨小平. T-800碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究. 北京化工大学学报(自然科学版), 2005, 03: 69-72.
[25] 苏峰. 碳纤维-环氧树脂界面性能研究. 哈尔滨工业大学, 2013.
[26] 岑浩. 碳纤维/环氧树脂复合材料的制备及界面性能的研究. 浙江理工大学, 2012.
[27] 田振生, 贾晓龙, 柳柏杨, 等. 大型碳纤维复合材料气瓶在压缩天然气储运领域中的研制与应用进展. 玻璃钢/复合材料, 2013, 05: 62-66.
[28] ISO 11439, Gas cylinders-High pressure cylinders for the on board storage of natural gas a fuel for automotive vehicles.
[29] EN12245, Transportable gas cylinders-Fully wrapped composite cylinders.
[30] DOT-CFFC, Basic requirements for fully wrapped carbon fiber reinforced aluminum lined cylinders.
[31] Plan No.20074793-Q-469, 车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶.
[32] 徐樑华. 高性能PAN基碳纤维国产化进展及发展趋势. 中国材料进展, 2012, 10: 7-13+20.
[33] 徐樑华. 国产碳纤维质量状况分析及对策建议. 新材料产业, 2010, 09: 5-8.