Charakterisierung und Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff-Drucktanks zur schnelleren Betankung

Kurzfassung

Diese vorliegende Arbeit untersucht die Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff-Drucktanks mit dem Ziel, die Betankungszeiten zu verkürzen. Der Fokus liegt auf der Materialauswahl für den Liner und die CFK-Ummantelung für einen Typ IV Tank. Insgesamt wurden dazu 14 Materialien charakterisiert, darunter thermoplastische Kunststoffe mit unterschiedlichen Füllstoffen sowie CFK mit kupferbeschichteten Kohlenstofffasern. Die Ergebnisse zeigen, dass die wärmeleitenden Füllstoffe die thermischen Eigenschaften bedeutend beeinflussen. Besonders das PA66 TCE8 mit einem Füllstoffanteil von über 20 % kohlenstoffbasiertem Füllstoff und das kupferbeschichtete CFK (ccCFK) zeigten eine deutliche Steigerung der Wärmeleitfähigkeit. Außerdem zeigt sich eine Erhöhung der Dichte sowie eine Verringerung der Wärmekapazität durch den Füllstoffeinfluss. Die untersuchten Werkstoffe zeigen anisotrope thermale Werkstoffkennwerte, die mittels Laser-Flash-Analyse richtungsabhängig bestimmt wurden. Auf Basis der experimentellen Daten wurde ein numerisches Modell entwickelt, das die Temperaturverteilung im Tank simuliert. Die Ergebnisse zeigen, dass ein wärmeleitender Liner die Maximaltemperatur im Tank reduziert und die Wärmeableitung verbessert. In Kombination mit einer optimierten CFK-Ummantelung kann Wärme effizienter an die Tankaußenseite abgeführt werden. Die Ergebnisse belegen das Potenzial verbesserter Materialeigenschaften als Alternative zu konventionellen Methoden der Thermalkontrolle, wie etwa dem Vorkühlen. Für zukünftige Forschungen wird empfohlen, den Einfluss der Füllstoffe auf die Permeabilität des Liners und die Herstellungsprozesse weiter zu untersuchen.