Was ist ein Wasserstofftank?
Ein Wasserstofftank ist ein Tank zur Speicherung von Wasserstoff.
In Fahrzeugen werden sie in Brennstoffzellenfahrzeugen verwendet, die mit Brennstoffzellen betrieben werden. In Brennstoffzellenfahrzeugen wird komprimierter Wasserstoff in einem im Fahrzeug installierten Wasserstofftank gespeichert, der den BZ-Stapel mit Wasserstoff versorgen kann.
Wasserstofftanks, die in Fahrzeugen eingesetzt werden, sind höheren Druckbelastungen ausgesetzt als Tanks für Erdgas und müssen daher höheren Drücken standhalten. Wasserstofftanks werden aus Materialien wie kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen hergestellt, die so modifiziert wurden, dass sie eine höhere Druckbeständigkeit aufweisen.
Anwendungen von Wasserstofftanks
Wasserstofftanks werden zur Speicherung von Wasserstoff verwendet. Sie werden in Brennstoffzellenfahrzeugen und zur Speicherung von Wasserstoff an Wasserstofftankstellen verwendet.
Wasserstoff ist sehr leicht und benötigt viel Platz, um ihn in seinem ursprünglichen Zustand zu speichern. Daher wird Wasserstoff im Allgemeinen durch Komprimierung unter hohem Druck, Verflüssigung bei niedrigen Temperaturen, Adsorption an Metall oder Umwandlung in einen anderen Stoff gespeichert.
Die am häufigsten angewandte Speichermethode ist die Speicherung von Wasserstoff unter hohem Druck in gasförmigem Zustand, wofür ein Wasserstofftank mit hohem Druck erforderlich ist.
Funktionsweise des Wasserstofftanks
Wasserstofftanks, die in Brennstoffzellenfahrzeugen verwendet werden, sind ein notwendiger Bestandteil des Brennstoffzellenfahrzeugs. Als Methode zur Speicherung von Wasserstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen bieten Niederdruck-Wasserstofftanks die Speicherung in gasförmiger Form und können problemlos zur Versorgung des BZ-Stapels verwendet werden.
Allerdings muss das Tankvolumen groß sein. Die Belastung der Infrastruktur für die Wasserstoffversorgung ist geringer und gilt z. B. für Elektroautos, die für die Speicherung kleiner Wasserstoffmengen ausgelegt sind. Hochdruck-Wasserstofftanks werden auch in Brennstoffzellenfahrzeugen in Großserie eingesetzt,
Sie sind eine gängige Methode der Wasserstoffspeicherung. Aufgrund des begrenzten Speicherplatzes in Wasserstofftanks kann der Wasserstoff komprimiert und gespeichert werden, um die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Wenn Wasserstoff auf extrem niedrige Temperaturen abgekühlt wird, kann er verflüssigt und in Wasserstofftanks gespeichert werden.
Durch die Verflüssigung wird das Volumen im Vergleich zu Gas erheblich reduziert, was stark zur Miniaturisierung beiträgt. Allerdings muss die Temperatur kontrolliert werden, da der Wasserstoff verdampft, wenn die Temperatur ansteigt.
Aufbau des Wasserstofftanks
Der Aufbau von Wasserstofftanks ist je nach System unterschiedlich.
1. Wasserstofftanks für hohen Druck
Es werden Aluminiumlegierungen, spezielle nichtrostende Stähle und Polymerverbundwerkstoffe verwendet. Stahl kann für Wasserstofftanks unter hohem Druck nicht verwendet werden. Der Grund dafür ist, dass der hohe Druck des Wasserstoffs Metalle wie Stahl spröde macht.
2. Wasserstofftanks für verflüssigten Wasserstoff
Mit Wasserstofftanks für verflüssigten Wasserstoff kann Wasserstoff auf -253 °C abgekühlt und in einem doppelschichtigen Behälter zwischen Vakuumabschnitten flüssig gelagert werden. Der Vakuumteil verhindert die Wärmeübertragung nach außen und verhindert, dass die Temperatur des Wasserstoffs ansteigt.
Es handelt sich jedoch nicht um ein perfektes Vakuum, und Vibrationen erzeugen ebenfalls Wärme, wodurch ein Teil des Wasserstoffs zu Gas wird. Es ist wichtig, Techniken zu erforschen, mit denen gasförmiger Wasserstoff sicher entfernt und die Verdampfung durch Annäherung an ein Vakuum verringert werden kann.
3. Wasserstoffspeicherlegierungen
Wasserstoffspeicherlegierungen wurden für die Speicherung in Nickel-Metallhydrid-Batterien praktisch eingesetzt. Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren Methoden zur Umwandlung von Wasserstoff in andere speicherfähige Stoffe untersucht, wie z. B. die Reaktion von Toluol mit Wasserstoff zur Umwandlung in Methylcyclohexan.
Arten von Wasserstofftanks
Es gibt mehrere Arten von Wasserstofftanksystemen.
1. Niederdruck-Wasserstofftanks
Wasserstoff kann gasförmig gelagert werden, erfordert aber aufgrund des niedrigen Drucks einen großen Tank. Sie werden für die Speicherung kleiner Mengen Wasserstoff verwendet.
2. Wasserstofftanks mit hohem Druck
Da in Fahrzeugen nur begrenzt Platz für Tanks zur Verfügung steht, kann bei gleichem Tankvolumen mehr Wasserstoff bei höherem Druck gespeichert werden.
3. Wasserstofftanks für verflüssigten Wasserstoff
Der bei sehr niedrigen Temperaturen verflüssigte Wasserstoff wird in isolierten Tanks gelagert. Durch die Verflüssigung wird das Volumen des Wasserstoffs auf 1/800 des Volumens von Gas reduziert, wodurch er für die Verwendung in Fahrzeugen geeignet ist.
4. Wasserstoffspeicherlegierungen
Aufgrund der geringen atomaren Größe von Wasserstoff kann er gespeichert werden, wenn er zwischen den Molekülen spezieller Legierungen absorbiert wird. Wenn der Wasserstoff aus der Speicherlegierung entnommen wird, wird er der Hitze ausgesetzt. Um 1 kg Wasserstoff zu speichern, werden etwa 80 kg Speicherlegierungen benötigt, was das Gewicht für den Einsatz in Fahrzeugen zu einem Problem macht.
Wasserstoff kann auch auf der Oberfläche von Kohlenstoffnanoröhren und Molekülen mit einer sehr großen Oberfläche gespeichert werden.
5. Hybrid-Wasserstofftanks
Verwendet eine Struktur, die eine Wasserstoffspeicherlegierung und einen Wasserstofftank unter hohem Druck kombiniert.