Mengoptimalkan Pemilihan Komponen untuk Kendaraan Sel Bahan Bakar Hidrogen

Optimizing Component Selection for Hydrogen Fuel Cell Vehicles

Chuck Hayes, Principal Engineer

Di seluruh dunia, investasi signifikan sedang dilakukan pada mobilitas hidrogen dan infrastruktur yang memungkinkannya.

Mengapa? Saat produsen kendaraan mencari untuk mendorong efisiensi yang lebih dan lebih tinggi dan memotong emisi, teknologi sel bahan bakar hidrogen telah menjadi semakin menarik. Kendaraan sel bahan bakar hidrogen menggunakan gas hidrogen dan oksigen untuk menciptakan listrik dalam sel bahan bakar yang memindahkan motor listrik, memberikan operasi nol emisi, tenaga kuda besar, dan torsi yang diperlukan untuk aplikasi beban berat.

Itu adalah teknologi yang menjanjikan dan pasar yang bergerak cepat dan berkembang dengan cepat. Pemerintah dan pemimpin industri sedang mengatasi hambatan adopsi dan benar-benar berinvestasi dalam dukungan dan pengembangan transportasi hidrogen. Dari sudut pandang komponen, kami telah bekerja untuk menyediakan solusi yang tepat untuk teknologi sel bahan bakar hidrogen untuk mencapai potensi penuhnya, baik di dalam kendaraan itu sendiri maupun sebagai bagian dari infrastruktur yang berkembang yang akan diperlukan untuk adopsi skala besar.

Ada beberapa pertimbangan penting yang harus dibuat saat memilih dan menentukan komponen hidrogen untuk operasi yang andal kendaraan dan infrastruktur. Berikut adalah beberapa hal yang harus diingat:

Pemilihan Material Penting

Kontrol korosi penting dalam setiap aplikasi di mana fitting tabung terkait, tetapi penahanan hidrogen menantang tantangan spesifik dan unik. Kerapuhan hidrogen dapat memengaruhi stainless steel 316, tipe alloy yang luas yang digunakan untuk fitting, katup, dan tabung, termasuk yang umum digunakan dalam arsitektur kendaraan hidrogen.

Fenomena ini terjadi, sebagian karena hidrogen terdiri dari molekul yang sangat kecil—sehingga kecil bahwa hidrogen dapat pindah ke dalam dinding jaring kubik bahan, membongkar ikatan molekulnya dan mengkompromi integritas material. Dalam efek, kerapuhan hidrogen dapat menyebabkan beberapa grade stainless steel bertindak lebih seperti besi cor: sangat rapuh dan rentan terhadap retakan.

Oleh karena itu, desainer infrastruktur hidrogen harus memperhatikan komposisi stainless steel dengan hati-hati. Konsentrasi kromium dan nikel yang lebih tinggi dapat bertahan terhadap kerapuhan hidrogen dengan mempromosikan ductilitas dan resistensi korosi yang lebih besar. American Society for Testing and Materials (ASTM) memerlukan minimal 10% nikel dalam formulasi stainless steel 316, tetapi stainless steel 316 berkualitas tinggi dengan minimal 12% nikel lebih cocok untuk tantangan unik hidrogen. Swagelok menggunakan stainless steel yang memiliki minimal 12% nikel.

Performa di Bawah Tekanan

Resistensi terhadap kebocoran sangat penting dalam setiap sistem fluida. Namun dalam aplikasi kendaraan dan infrastruktur hidrogen, ada beberapa pertimbangan khusus yang harus dibuat saat memilih dan menentukan jenis komponen saat membuat koneksi.

Pertama, penyimpanan hidrogen sangat tertekan; semakin tinggi tekanan, semakin jauh jarak tempuh kendaraan. Kendaraan hidrogen saat ini menyimpan gas pada 350 bar atau 700 bar (5.000 psi atau 10.200 psi), tergantung pada kebutuhan aplikasi. Banyak armada jarak pendek, misalnya, menggunakan 350 bar (5.000 psi), dengan mengetahui bahwa setiap kendaraan dapat kembali ke pusat utama setiap malam untuk pengisian ulang. Dalam aplikasi jarak jauh seperti pengangkutan truk, 700 bar (10.000 psi) memberikan jarak tempuh yang jauh lebih lama, di mana produsen bertujuan untuk 400 mil (1.000 km). Tekanan yang lebih tinggi memerlukan komponen berkinerja lebih tinggi, dan opsi tradisional secara sederhana tidak berlaku.

Resistensi getaran juga kritis. Sementara penting dalam aplikasi industri, fitting dan koneksi dalam aplikasi hidrogen harus mampu dengan andal menahan getaran berulang dan konstan yang terkait dengan kendaraan yang bergerak. Fitting kerucut dan ris, misalnya, dibuat secara manual. Kualitas persiapan tabung dapat bervariasi tergantung pada pemasang—dan hidrogen sangat tidak mengampuni ketidaksempurnaan. Gas molekul kecil ini dapat melarikan diri melalui ruang terkecil sekalipun, dan kebocoran terkecil sekalipun dapat menjadi masalah besar. Hanya teknologi fitting canggih dan konsisten, seperti seri FK Swagelok, yang dapat memberikan kinerja yang tepat.

Komponen Spesifik Aplikasi

Di seluruh ruang transportasi hidrogen, kendaraan berbeda memiliki persyaratan desain dan komponen yang berbeda. Pertimbangkan armada bus kota, area peluang utama untuk daya sel bahan bakar hidrogen. Karena mereka memiliki tangki penyimpanan di atap, arsitektur bus memerlukan fleksibilitas inherent dibandingkan dengan kendaraan jarak jauh; sebagai contoh, selang andal yang dapat menangani 350 bar (5.000 psi) memberikan beberapa fleksibilitas daripada kekakuan tabung baja.

Di sini, penting bahwa pemilihan selang memenuhi kriteria yang tepat. Untuk alasan yang sama bahwa formulasi stainless steel 316 berkinerja tinggi harus dipertimbangkan untuk tabung dan fitting dalam aplikasi hidrogen secara menyeluruh, selang inti polimer dengan braid logam tidak akan cukup untuk bus hidrogen. Desainer harus memandang pemilihan selang dengan pertimbangan yang sama, dengan memilih yang terbuat dari bahan berkualitas tinggi untuk menangani aplikasi spesifik.

Dukungan yang Kuat

Dalam upaya untuk mencapai potensi yang diwakili oleh transportasi hidrogen, desainer dan produsen harus mencari untuk bekerja sama dengan pemasok komponen dengan keahlian yang besar dan luas dalam ruang hidrogen.

Tim kami telah bekerja dengan sistem gas, termasuk hidrogen, selama sejarah organisasi kami. Keahlian kami dalam kinerja komponen dan keunggulan ilmu material, dikombinasikan dengan layanan dan dukungan yang kuat dan menjangkau global, dapat membantu produsen di ruang transportasi hidrogen untuk merebut peluang baru yang terus berkembang di setiap tempat.

Terkecinta untuk mempelajari lebih lanjut? Hubungi Swagelok hari ini untuk mempelajari bagaimana kami dapat membantu membangun kendaraan dan infrastruktur transportasi hidrogen yang andal.