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TPC-H2-Storage – Wasserstofftechnologien

Infrastrukturentwicklung für thermoplastische Faserverbund-Druckbehälter für Wasserstoffspeicherung und Wasserstofftransport

Im Projekt TPC-H2-STORAGE hat das IVW das Wachstumspotenzial der Wasserstoffwirtschaft sowohl technisch als auch durch erweiterte Institutsinfrastruktur wirtschaftlich erschlossen und ist somit zentraler Entwicklungspartner und Applikationszentrum für regionale und überregionale

Forschungsziel war die Entwicklung eines neuartigen Wasserstoffdruckbehälters in thermoplastischer Bauweise. Abbildung 1 zeigt das finale Design des Behälters und die Herstellung der drei vorgeformten axialen thermoplastischen Schalen (0°-Faserlagen). Die Herstellung der axial verstärkten Lagen erfolgt im 2D-Tapelegeverfahren und nachträglicher Umformung zur Drittelschale. Lagen in Umfangsrichtung werden im herkömmlichen Wickelprozess aufgebracht.

Durch umfangreiche Investitionen wurden zusätzlich die gezielte Prüfung und Weiterentwicklung der verwendeten Materialien realisiert. Dazu zählen erweiterte Prozessmöglichkeiten (u.a Laborheizpresse, Spritzgussaggregat im Industriemaßstab (Abbildung 2)), neuartige Prüfeinrichtungen (u.a. Zyklische Zug-Druck-Torsions-Prüfvorrichtung) und erweiterte Analysemöglichkeiten (u.a. breitbandiges 2,5D-Scanning-Ultraschallsystem, Fouriertransformierte Infrarotspektroskopie mit Thermischer Analyse). <br />Um ein qualitätsgesichertes Bauteil zu erhalten, wurden alle im Projekt ermittelten Daten erfasst und ein digitaler Zwilling des Tanks entwickelt. Dieser beinhaltet alle Aspekte vom Werkstoff bis zum finalen Bauteil und führt somit zu einer durchgängigen Anwendungsoptimierung über die gesamte Lebensdauer des Systems.

Ziel des Projekts TPC-H2-STORAGE ist es, eine geeignete Infrastruktur und grundlegendes Wissen aufzubauen, um zukünftig die Entwicklung von besonders effizienten mobilen und auch stationären Wasserstoffspeichern im Großserienmaßstab durch thermoplastische Faserverbundstrukturen zu ermöglichen.

Gesamtanlagenkonzept der multiplen Spritzgieß- und Umformanlage LZT-UK-2600-S

Kompetenzfeld

Branchen

Projektstatus

  • Aktuell

M.Sc.

Christian Becker

Wiss. Mitarbeiter Bauweisen

Finales Design des thermoplastischen Wasserstoff-Drucktankbehälters (unten) und das Herstellungsverfahren (oben)

Nanoskalige Struktur- und Eigenschaftsaufklärung mit modernen AFM-Methoden

Die Rasterkraftmikroskopie (engl. Atomic Force Microscopy) ist eine seit über 30 Jahren bewährte Technik zur Charakterisierung von Oberflächen verschiedenster Festkörper. Es handelt sich um ein Rastersondenmikroskopieverfahren, bei dem die Wechselwirkung einer sehr feinen Spitze (Spitzenradius bis 10 nm) und der Oberfläche der zu untersuchenden Probe Pixel für Pixel ermittelt wird. Die Spitze sitzt am Ende eines Biegebalkens, welcher durch anziehende oder abstoßende Wechselwirkungen zwischen Spitze und Probe ausgelenkt wird. Dadurch wird ein Abbild der Topographie erzeugt, wobei die Auflösung im Wesentlichen durch den Krümmungsradius der Spitze bestimmt wird.

Mit dem im Rahmen des Projektes „EFRE – REACT TPC-H2-Storage“ beschafften AFM "Dimension IconIR" der Firma Bruker ist es nun nicht nur möglich die Topographie von Oberflächen abzubilden. Zusätzlich werden durch die Implementierung neuartiger AFM-Messmodi auch folgende lokale Materialeigenschaften erfasst:

  • Peak Force QNM: Charakterisierung nanomechanischer Eigenschaften (Deformation, DMT-Modul, Abreißkraft, Dissipation)
  • Nano-DMA: nanoskalige Charakterisierung viskoelastischer Eigenschaften (Speichermodul, Verlustmodul, Verlustfaktor)
  • AFM-IR: nanoskalig auflösende IR-Spektroskopie im Wellenzahlbereich von 1800-800 cm-1
  • Nano-TA: nanoskalige thermische Analyse im Bereich von RT - 350 °C

Mit dem AFM ist es nun möglich, die Morphologie von Verbundwerkstoffen und deren Eigenschaften auf mikroskopischer Skala am gleichen Ort auf der Probe zu untersuchen und zu korrelieren. Dies ermöglicht es Zusammenhänge zu makroskopischen Materialeigenschaften zu ziehen und ein umfassendes Verständnis für diese zu bekommen. Aus den gewonnenen Informationen ergeben sich neue Ansätze für die Entwicklung von Verbundwerkstoffen mit (multi-)funktionalen Eigenschaften und deren Herstellungsverfahren.

M.Sc.

Claudius Pirro

Wiss. Mitarbeiter Tailored Thermosets & Biomaterials

AFM Scanner und Probentisch zur Untersuchung von Proben mit Durchmessern von bis zu 15 cm

Morphologie eines mit 5 wt% Block-Copolymeren gefüllten Epoxids –grün: hohe Absorption der für das Block-Copolymer charakteristischen C=C-Streckschwingung bei 1640 cm-1

Förderungen

Das Projekt „TPC-H2-Storage – Infrastrukturentwicklung für thermoplastische Faserverbund-Druckbehälter für Wasserstoffspeicherung und Wasserstofftransport“ wird durch den Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Rahmen der Reaktion der Union auf die COVID-19-Pandemie gefördert. 

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