高圧水素タンクの強度・ガスバリア性向上

第1部 CFRP製圧力容器の補強方法とその効果

(2018年7月25日 10:30〜12:00)

　CFRP製高圧水素貯蔵容器では、CFRP層の厚肉化に伴い圧力容器の重量が増加し、圧力容器のコストも増加するという欠点が問題となる。 さらに、内圧を受ける円筒では、外径/内径比が大きくなっていくと厚肉による効果はそれほど大きくなく、材料を無駄に使用することになる。 CFRP製圧力容器の補強方法は種々考えられるが、軸対称形状に軸対称負荷を受ける圧力容器の補強方法には制約がある。 　本講演では、CFRP製圧力容器の破裂圧力向上と軽量・低コスト化を実現するために、既存のCFRP製圧力容器を二つの方法で補強し、その合理性を実験とFEM解析の両面から検証した結果について紹介する。

1. フィラメントワインディング成形
2. 自動車用CFRP製圧力容器
   1. 圧縮天然ガス自動車用容器
   2. 燃料電池自動車用容器
3. CFRP製圧力容器の補強方法
   1. 形状記憶合金ワイヤによる補強
   2. グリッド構造による補強
4. 破裂実験による補強効果の検証
   1. 形状記憶合金ワイヤで補強したCFRP製圧力容器
   2. グリッド構造で補強したCFRP製圧力容器
5. 有限要素法解析
   1. 形状記憶合金ワイヤで補強したCFRP製圧力容器
   2. グリッド構造で補強したCFRP製圧力容器
6. 最適構造設計
   1. 形状記憶合金ワイヤで補強したCFRP製圧力容器
   2. グリッド構造で補強したCFRP製圧力容器
• 質疑応答

第2部 金属材料の水素脆化メカニズムと最近の研究

(2018年7月25日 12:50〜14:20)

　水素脆化とは水素と応力により材料が脆くなる現象であり、近年、水素脆化に対する知見が強く求められています。例えば、環境問題を背景に、輸送 機器の軽量化のため材料の高強度化が求められていますが、材料を高強度化するほど水素脆化感受性が高まり、突然の破壊が危惧されます。また、水素をエネルギーとする燃料電池システムは次世代エネルギーの主役として期待されていますが、燃料電池自動車のタンクや水素ステーションでは極めて過酷な水素環境で材料が使用される傾向にあり、安全性と信頼性の確立が急務といえます。これらの問題を克服するため、水素脆化の基礎を修得することを目的とします。

1. 金属と水素の物理化学的性質の基礎事項
   1. 金属 (bcc,fcc,hcp) 中の水素の固溶
   2. 金属表面での水素の吸着、侵入過程
   3. 金属中の水素拡散
   4. 金属中の水素トラップサイト
2. 水素分析方法の特徴・注意点
   1. 昇温脱離法
   2. 水素可視化方法
3. 水素脆化メカニズム
   1. 水素脆性とは
   2. 水素脆性の特徴
   3. 内圧説
   4. 格子脆化説
   5. 局部変形助長説
   6. 空孔凝集説
4. 金属中の水素存在状態と脆化メカニズム解明へ向けた最近の研究
5. 水素脆化メカニズムに立脚した水素脆化抑制指針
• 質疑応答

第3部 CBF粘土膜による複合材製水素タンクのガスバリア性向上

(2018年7月25日 14:30〜16:00)

　水素をエネルギー源とする取り組みが進んでいるが、高圧水素や液体水素の輸送・貯蔵が問題となっている。車・水素ステーションには高圧水素タンク、航空宇宙用途に液体水素タンクの利用が進んでおり、軽量化のために複合材が用いられる。水素は分子が小さいために材料中も透過しやすい気体であり、複合材が遮蔽するためには、ガスバリア層の付与が必須である。 　本講座では、粘土と呼ばれる無機ナノプレートを樹脂と混合したガスバリア層である「クレースト」と、この材料の複合材製水素タンクへの適用について解説する。

1. 水素バリアフィルムの開発
   1. バリアフィルムの構造
   2. 水素バリア性の評価
2. 粘土膜の製造
   1. 粘土と成膜性
   2. 製膜プロセス
3. 特性
   1. ガスバリア性
   2. 耐熱性
   3. 自己修復性
   4. 不燃性
4. 応用例
   1. 産業用シール材
   2. ガスバリア性炭素繊維強化プラスチック
   3. 燃料電池車用水素タンク
• 質疑応答