護(hù)航碳達(dá)峰碳中和丨氫能材料物性測試都在這里！
發(fā)布時間:2025-07-02 閱讀次數(shù)：50次
導(dǎo)讀
國家能源局發(fā)布《中國氫能發(fā)展報告（2025）》，2024年中國氫能產(chǎn)業(yè)在技術(shù)攻關(guān)與國際協(xié)作上獲得諸多進(jìn)展，已進(jìn)入持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新、加強(qiáng)試點(diǎn)示范、破局產(chǎn)業(yè)規(guī)模的關(guān)鍵階段。構(gòu)建“氣—液—固”多形態(tài)儲運(yùn)體系，將有效降低氫氣運(yùn)輸成本，為近期氫能區(qū)域內(nèi)優(yōu)化調(diào)度和遠(yuǎn)期跨區(qū)域資源配置奠定基礎(chǔ)。在氫能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，高度依賴關(guān)鍵材料在極端工況（高壓、低溫、電化學(xué)腐蝕）下的可靠表現(xiàn)。從儲氫罐的抗氫脆能力、低溫工況適應(yīng)性到部件動態(tài)工況下穩(wěn)定性，每一個物性參數(shù)都直接牽動系統(tǒng)安全性與商業(yè)化前景。因此氫能材料物性測試是氫能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化不可或缺的核心環(huán)節(jié)，其意義可歸結(jié)為“鎖定安全底線、突破性能上限、穿越壽命瓶頸”三大維度，直接決定氫能系統(tǒng)能否從實驗室走向規(guī)模化應(yīng)用。今天我們來分享島津試驗機(jī)在氫能源材料領(lǐng)域中的測試與應(yīng)用。
島津方案
高溫高壓氫氣環(huán)境下的材料強(qiáng)度測試
氫氣儲運(yùn)需要高壓容器設(shè)備，安全作為重要的考慮因素，比如容器的材料在不同溫度、不同壓力的力學(xué)性能，例如給試驗片施加載荷的拉桿與高壓容器的密封部分的滑動性、阻力等參數(shù)的測量。
圖1. EHF液壓伺服疲勞試驗機(jī)高溫高壓氫氣環(huán)境下的材料強(qiáng)度試驗工況
表1.高溫高壓氫氣環(huán)境下的材料強(qiáng)度試驗條件
中空樣品高壓氫氣環(huán)境的材料強(qiáng)度測試
相對于使用高壓容器的方法，此試驗氫氣的消耗是微量的，因此具有不需要大規(guī)模安全防護(hù)如防爆裝置等的優(yōu)勢。另外，通過與環(huán)境箱組合，能夠簡便地得到-50°C以下的高壓氫環(huán)境的材料特性。一般使用圓棒拉伸的樣品，也可用于在試驗片內(nèi)制作高壓氫以外的環(huán)境或其他形狀的樣品關(guān)于采用中空試驗片方法的高壓氫環(huán)境材料強(qiáng)度試驗，作為此簡便的材料評估方法《ISO 7039:2024 金屬材料.拉伸試驗.材料對空心試件內(nèi)高壓氣體影響的敏感性的評價方法》于2024.7.31日正式實施。
圖2.液壓疲勞試驗機(jī)中空樣品試驗工況和試樣規(guī)格尺寸
液氫浸潤后材料強(qiáng)度試驗測試
將多層真空絕熱型低溫箱安裝在主機(jī)上，可進(jìn)行在液氦、液氫浸潤中的材料強(qiáng)度試驗。通過結(jié)合材料試驗機(jī)，可以進(jìn)行靜態(tài)拉伸試驗、彎曲試驗以及基于CT樣品的斷裂韌性試驗的疲勞測試。但由于上述試驗使用的氫氣量很大，因此需要結(jié)合完善的安全措施。
圖3.液氫浸潤后材料強(qiáng)度試驗評價
其他氫氣環(huán)境材料強(qiáng)度試驗
向水溶液中插入電極，通過電解產(chǎn)生的氫氣進(jìn)行環(huán)境下SSRT(Slow Strain Rate Test)試驗(在氫氣環(huán)境下緩慢的拉伸應(yīng)變)，來進(jìn)行燃料電池容器及配管構(gòu)件的氫催化(緩慢破壞)的評價。緩慢破壞是由于鋼材的腐蝕產(chǎn)生的，可以認(rèn)為是吸收的微量發(fā)散氫的原因在測試環(huán)境中通過長時間的腐蝕而對樣品表面形成破壞。
圖4. 燃料電池容器及配管構(gòu)件的氫催化(緩慢破壞)的評價
結(jié)語
氫能源相關(guān)材料測試除了上述特殊應(yīng)用外，其在生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲、使用過程中，需要使用到金屬、復(fù)合材料、塑料橡膠等材料，均需要進(jìn)行靜態(tài)、動態(tài)力學(xué)性能測試與研究，氫能材料物性測試不僅是技術(shù)門檻，更是產(chǎn)業(yè)生命線。它讓氫能系統(tǒng)從“能用”走向“敢用”。
對政府：是制定安全紅線的科學(xué)依據(jù)；
對企業(yè)：是降本增效的核心工具；
對用戶：是消除“氫恐懼”的關(guān)鍵保障。
沒有經(jīng)得起極限驗證的物性材料數(shù)據(jù)，就沒有真正的氫能時代。
島津試驗機(jī)產(chǎn)品線豐富，涵蓋靜態(tài)、疲勞、硬度、粘度、超聲波光探傷等產(chǎn)品，能很好對應(yīng)氫能源領(lǐng)域測試需求，助推氫能產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，實現(xiàn)綠色發(fā)展。
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