Ist der Tank noch ganz dicht?

Kurzfassung

Wasserstoffdrucktanks sind als Energiespeicher ein Grundbaustein für zukünftige Antriebstechnologien. Entsprechende Druckbehälter stellen zweierlei Grundanforderungen an das Material für die Tankhülle. Es muss die mechanische Belastung durch den Innendruck aushalten und die Dichtheit gegen Gasaustritt gewährleisten. Konventionell gebaute Wasserstoffdrucktanks bestehen aus einer zweischichtigen Struktur: einer innenliegenden isotropen Isolierschicht (Liner), um den Austritt von Wasserstoff zu verhindern, und einer lasttragenden Außenschicht aus Faserverbundmaterial, um die hohen Innendrücke auszuhalten. Eine gute Möglichkeit bisher ungenutzte Leichtbaupotenziale zu erschließen, stellt dabei die Fusion beider Aufgaben in einer Schicht dar. Durch neue FaserverbundTankkonzepte ohne Liner soll das lasttragende Laminat zusätzlich die Funktion der Abdichtung gewährleisten. Hieraus resultiert für die Auslegung die besondere Herausforderung, den Gasaustritt durch die Diffusion von Wasserstoff durch das Faserverbundmaterial berechnen zu können. Kohlenstofffasern weisen beispielsweise einen deutlich höheren Permeationswiderstand auf als Epoxidharz. Um die Permeation des Gases berechnen zu können, ist diese Heterogenität des Verbunds mit angepassten Methoden zu berücksichtigen. Die resultierende Permeabilität für das zweiphasige Verbundmaterial liegt dabei zwischen den theoretischen Ober- und Untergrenzen, die durch die jeweiligen Einzelmaterialien gegeben sind. Der Faservolumengehalt ist der bestimmende Parameter, welcher die Permeabilität des Faserverbunds definiert. Aufgrund der heterogenen Zusammensetzung einer Laminatschicht ist die Diffusion zusätzlich abhängig von der aus Fasern und Matrix gebildeten Mikrostruktur und ist daher mit zu berücksichtigen.