Abschlussbericht zum Teilvorhaben: "Permeabilitätseigenschaften von Glas-Faser-Kunststoffverbunden für die Wasserstoffhochdruckspeicherung" im Verbundprojekt: "Faserkunststoffverbunde und Glaswerkstoffe für die Wasserstoffhochdruckspeicherung (FaGlaWaS)"

Abstract

Im Verbundprojekt "Faserkunststoffverbunde und Glaswerkstoffe für die Wasserstoffhochdruckspeicherung" (FaGlaWaS) beschäftigte sich das Teilvorhaben "Permeabilitätseigenschaften von Glas-Faser-Kunststoffverbunden für die Wasserstoffhochdruckspeicherung" im Wesentlichen mit der Komponente Glas. Im Verbundprojekt wurde die Weiterentwicklung und Optimierung von Typ IV und V H2-Hochdruckspeichern aus CFK-Glasverbunden angestrebt. Zur Auslegung dieser Verbundsysteme stand die Ermittlung von Materialkennwerte zum H2-Sperrverhalten von Glas und seines Einflusses auf den Polymer-Glas-Verbund im Fokus. Dazu wurde die sehr geringe H2-Permeabilität verschiedener Gläser gemessen. Diese Messungen wurden massenspektrometrisch mittels Vakuumheißextraktion (VHE) durchgeführt. Für diese Messungen sollte ein neuer Messaufbau zur direkten Messung der H2-Permeabilität unter Verwendung von Glaskapillaren entwickelt werden. Zum Vergleich sind Messungen der Permeabilität mit der an der BAM entwickelten Pulvermethode durchgeführt worden. Die Messwerte der neuen Methode konnten nicht verifiziert werden, daher wurde die Messung der Permeabilität verschiedener Gläser mit der Pulvermethode durchgeführt. Es wurden sowohl Gläser mit sehr niedriger Permeabilität als auch kommerziell zur Verfügung stehende Gläser gemessen. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde ein kommerzielles Dünnglas für den CFK-Glasverbund ausgesucht, vom Projektpartner hergestellt und vermessen. Im Ergebnis zeigte der CFK-Glasverbund gegenüber dem reinen CFK einen um eine Größenordnung niedrigeren Wert der Permeation. Ergänzend wurde der Einfluss gelösten Wasserstoffs auf die mechanischen Eigenschaften des verwendeten Polymers untersucht, um eine mögliche Degradation des Polymers zu detektieren. Dafür wurden Probekörpern unter einem Wasserstoffdruck von 700bar ausgelagert und mit der dynamisch mechanische Analyse (DMA) vermessen. Mit dieser Methode können u.a. Informationen über den Verlust- und Speichermodul und somit über eine mögliche Versprödung gewonnen werden. Es konnte eine Auslagerungszeit von 1 Jahr und 8 Monaten realisiert werden, nach der es keine Anzeichen für eine beschleunigte Alterung unter H2-Druck gibt. Insgesamt hat sich gezeigt, dass bei Verwendung von kommerziell zur Verfügung stehendem Dünnglas als Linermaterial in einem CFK-Tank eine deutlich höhere Sperrwirkung gegen Wasserstoff erreicht werden kann. Nach der bisherigen Auslagerungszeit unter gH2 gibt es keine eindeutigen Anzeichen für eine beschleunigte Degradation des Harzsystems.