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Investigation of permeability and leakage in composite materials for application in cryogenic storage systems

Koord, Josef und Kumazawa, Hisashi und Fischer, Alexander und Ebina, Takeo und Völkerink, Oliver und Hühne, Christian (2026) Investigation of permeability and leakage in composite materials for application in cryogenic storage systems. Composites Part B Engineering. Elsevier. ISSN 1359-8368.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2026.113580

Kurzfassung

Liquid hydrogen storage systems made from composite materials offer promising advantages for future lightweight aircraft. However, to ensure functionality and safety, these tanks must exhibit both low hydrogen permeability and high resistance to microcrack formation - especially under cryogenic conditions. Testing either of these parameters is not straightforward. In the present work, different test setups are employed to quantify permeability and leakage, and to differentiate between these two phenomena. Pragmatic approaches for elevated, room and low temperature permeability testing are presented, including a direct comparison of helium and hydrogen permeability, and permeability values down to cryogenic temperatures are provided. Permeability at 77 K and 20 K is estimated through regression-based extrapolation of experimental temperature-dependent permeability data. In addition, the effectiveness of clay-based barrier materials in further reducing gas permeation is quantified. Regarding leakage, the limitations of unidirectional thermo-mechanical loading with respect to crack network formation are demonstrated. By applying biaxial loading, crack networks are introduced and the temperature- and pressure-dependence of gas flow through these networks is analyzed. The presented methodology and results offer practical tools for material evaluation and support the design of composite structures for cryogenic hydrogen storage.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/223257/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Investigation of permeability and leakage in composite materials for application in cryogenic storage systems
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Koord, JosefJosef.Koord (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kumazawa, HisashiJapan Aerospace Exploration Agengy (JAXA)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fischer, AlexanderAlexander.Fischer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ebina, TakeoNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Völkerink, Oliveroliver.voelkerink (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9589-1963NICHT SPEZIFIZIERT
Hühne, ChristianChristian.Huehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2218-1223207701311
Datum:2026
Erschienen in:Composites Part B Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Verlag:Elsevier
ISSN:1359-8368
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Composites, Permeability, Barrier, Leakage, Cryogenics, Microcracks, Biaxiality
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Advanced Cryogenic Technologies and Simulation, L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Funktionsleichtbau
Institut für Raumfahrtsysteme > Transport- und Antriebssysteme
Hinterlegt von: Koord, Josef
Hinterlegt am:07 Mär 2026 17:44
Letzte Änderung:07 Mär 2026 17:44

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