Materijali gorivih ćelija: Kako odrediti titan, nikal i bakar kao sirovinu
Program gorivih ćelija rijetko pada jer je odabran krivi element. Ne uspijeva jer je pravi element stigao s pogrešnim sadržajem kisika, pogrešnom raspodjelom veličine čestica ili pogrešnim stanjem površine. To je nezgodan dio nabave materijala za gorivne ćelije: na crtežu piše "titan" ili "nikal", ali linija koja odlučuje hoće li skup trajati 8000 sati ili 3000 nalazi se dva reda niže u specifikaciji, u međuprostornim granicama, veličini zrna i putu taljenja.
Praktično pravilo je kratko: najprije birajte materijal po mehanizmu razgradnje, zatim po obliku, pa po stupnju čistoće. Sve ostalo, uključujući marku i cijenu, je izjednačeno.
Kratak odgovor: Materijali gorivih ćelija biraju se prema načinu kvara
Membranski skupovi polimernih elektrolita i gorive ćelije s čvrstim oksidom crpe se iz istog metalnog kataloga iz suprotnih razloga. PEM sklop radi hladan, obično od 60 do 90 stupnjeva Celzija, i mokar, tako da su prijetnje korozija ploče, trovanje membrane otopljenim metalnim ionima i rastući kontaktni otpor na sučelju ploča-difuzijski sloj plina. SOFC radi na 600 do 900 stupnjeva Celzijusa, gdje su prijetnje oksidacija međusobnog povezivanja, isparavanje kroma i neusklađenost toplinske ekspanzije između metala, elektrolita i elektroda.
Ta jedina razlika objašnjava većinu užeg izbora materijala:
- PEMFC bipolarne ploče: grafitni kompoziti, presvučeni nehrđajući čelik ili titan gdje su važna i mala masa i otpornost na koroziju.
- SOFC spojevi: feritni nehrđajući čelik sa zaštitnim premazom, a iza njega niobij i tantal za hardver koji mora preživjeti oštrije toplinske i kemijske uvjete.
- Elektrode i slojevi katalizatora: metali platinske skupine u PEM-u, nikal u SOFC nikal-YSZ kermetnim anodama.
- Trenutačno prikupljanje i bilanca postrojenja: bakar bez kisika i hardver od nikla visoke čistoće.
Kupnjom višeg stupnja "samo radi sigurnosti" obično se ne kupuje ništa osim duljeg vremena isporuke i većeg rizika od međuprostorne kontaminacije, jer se prespecifični materijal često proizvodi u manjim, manje kontroliranim zagrijavanjima.
Gdje metali visoke čistoće zapravo ulaze u gomilu
Tri područja odgovorna su za veliku većinu metala koji se troši u sustavu gorivih ćelija.
Bipolarne ploče i spojevi
U PEM nizu, jedna ploča po ćeliji pomnožena sa stotinama ćelija najveća je pojedinačna stavka materijala. Utisnute ploče od titana često su debljine od 0,075 do 0,15 mm, što veličinu zrna i sadržaj kisika čini sve samo ne akademskim. Veći udio kisika povećava napetost protoka, čini tanko utiskivanje sklonom pukotinama i može povećati kontaktni otpor. Ovdje dominira titan Grade 1 i Grade 2, s Ti-6Al-4V ELI gdje je potrebna veća čvrstoća. Ravnost i završna obrada površine važni su koliko i kemija, jer niti jedan premaz ne može sakriti rubni val od 50 mikrona.
Nikal u anodama i slojevima katalizatora
U nikal-YSZ kermet anodi, nikal nije sporedni glumac. Raspodjela veličine čestica kontrolira perkolacijsku mrežu koja nosi elektrone i katalizira oksidaciju goriva, tako da se šarža usredotočena na 3 mikrona ponaša vrlo drugačije od one usredotočene na 10 mikrona. Sadržaj sumpora i ugljika je bitan jer oba truju površinu anode na radnoj temperaturi, a debljina površinskog oksida mijenja način na koji se prah ponaša tijekom lijevanja trake ili sitotiska.
Premazi, kolektori struje i ravnoteža postrojenja
Hardver od bakra i nikla pojavljuje se u kolektorima struje, sabirnicama i ispitnim uređajima, gdje vodljivost i obradivost pokreću odluku. Titanijski prah hrani rute premaza i porozne transportne strukture. Niobij i tantal nalaze se na mjestima koja su kritična za visoke temperature i koroziju, što je opravdano radnim vijekom, a ne vodljivošću. Veliki dio te potražnje koncentriran je u nove energetske primjene , gdje se ciljevi trajnosti snopa izravno prevode u specifikaciju čistoće.
Što staviti na narudžbenicu
Tablica u nastavku je verzija za koju želimo da sadrži više crteža. Naziv legure najmanje je informativan redak na njemu.
| Materijal | Tipična uloga u gorivnoj ćeliji | Specifikacije koje određuju vijek trajanja | Uobičajeni oblik |
|---|---|---|---|
| Titan Grade 1 / Grade 2 | PEM bipolarne ploče, završne ploče, odvodnici struje | Sadržaj kisika i vodika, veličina zrna, ravnost i završna obrada površine | Ploča, tuba, prah |
| Ti-6Al-4V ELI | Strukturni okovi visoke čvrstoće, pritisne ploče | Sadržaj kisika i željeza, alfa-beta mikrostruktura | Šipka, kundak za kovanje |
| Nikal 200 / 201, 99,9% i više | SOFC nikal-YSZ anode, slojevi katalizatora, odvodnici struje | Čistoća, raspodjela veličine čestica, sadržaj sumpora i ugljika | Čestica, prah, ingot |
| Bakar bez kisika | Sabirnici struje, sabirnice, hardver za lemljenje | Vodljivost, sadržaj kisika, struktura zrna | Štap, komadi, ploča, meta |
| Niobij | Radovi na visokotemperaturnom međusobnom povezivanju i presvlačenju | Sadržaj tantala i volframa, veličina zrna | Ingot, pretopljeni ingot |
| Tantal | Hardver otporan na koroziju na visoke temperature | Čistoća, sadržaj kisika, gustoća | Ingot, pretopljeni ingot |
Forma obično odlučuje o dobavljaču, a ne o metalu
Dva citata za "99,95% titan" mogu se razlikovati za faktor tri, jer oblik obavlja pravi posao. Elektrolitički kristal, spužva, prah i čestice dovode se putem taljenja ili presvlačenja. Ingot i taljeni ingot su proizvodi taljenja. Ploča, cijev, šipka, dijelovi i meta su gotovi ili polugotovi oblici koji se kupuju prema broju dijela. Razvojni programer koji treba žigosanu ploču od 0,1 mm nije u istom opskrbnom lancu kao onaj koji treba prah titana od 45 mikrona, iako oba certifikata glase na "Ti".
Za bipolarne ploče, isporuka je ravna ploča od titana s niskim sadržajem kisika u tankom promjeru, s kontroliranom veličinom zrna i završnom obradom površine tako da je utiskivanjem ili jetkanjem ne popucaju i da se premaz može zalijepiti za nju. Zatražite podatke o ravnosti i zaostalom naprezanju uz kemijski certifikat.
Ploča od titana visoke čistoće za bipolarne ploče i kritične primjene Ploča od valjanog titana visoke čistoće s prilagodljivim dimenzijama i niskim sadržajem nečistoća, prikladna za primjenu u zrakoplovstvu, medicinskim implantatima, kemijskoj opremi i bipolarnim pločama. Pogledajte proizvod → Za puteve premazivanja, porozne transportne slojeve i neke pristupe metalurgiji praha, titanski prah je ulaz, a raspodjela veličine čestica plus intersticijski sadržaj odlučuju kako će se ponašati u koraku taloženja ili sinteriranja.
Titanski prah visoke čistoće za aditivnu proizvodnju i mete za raspršivanje Plinom atomizirani titanski prah s prilagodljivom veličinom čestica i visokom čistoćom, prikladan za aditivnu proizvodnju, MIM, metalurgiju praha i proizvodnju meta raspršivanjem. Pogledajte proizvod → Za nikal-YSZ anode i rad na sloju katalizatora, čestice nikla s kontroliranom raspodjelom veličine i niskim sadržajem sumpora ono su što održava električnu perkolaciju kermetne anode nakon tisuća sati termičkog ciklusa.
Čestice nikla visoke čistoće za poluvodiče i zrakoplovne komponente Čestice nikla mikronske ili nano veličine visoke čistoće s prilagodljivim dimenzijama i niskim razinama nečistoća za poluvodiče, vodljive paste i aplikacije u zrakoplovstvu. Pogledajte proizvod → Najčešća pogreška pri miješanju koju vidimo je zamjena praha spužvom ili kristalom, ili ingota umjesto ploče, kako bismo uštedjeli tjedan vremena. Put taljenja, intersticijsko preuzimanje i pročišćavanje zrna razlikuju se, a nizvodni proces obično ne može nadoknaditi tu razliku.
Rizici nabave koji se pojavljuju tek nakon 1000 sati
Gotovo svaka žalba na materijale u ovoj kategoriji jedna je od pet problema, a četiri od njih su nevidljiva na standardnoj potvrdi analize.
- Intersticijska kontaminacija: kisik, dušik, vodik i ugljik pokupljeni tijekom taljenja ili žarenja. Povećava otpornost, čini tanku ploču krhkom i mijenja ponašanje puzanja pri visokim temperaturama.
- Promjena stanja površine: debljina oksida i ostaci strojne obrade mijenjaju kontaktni otpor i adheziju premaza, tako da se dvije serije s identičnom kemijom mogu ponašati drugačije u hrpi.
- Repovi raspodjele veličine čestica: medijan od 3 mikrona malo znači ako je 15 posto serije iznad 15 mikrona. Tražite D10, D50 i D90, a ne jedan broj.
- Praznine u sljedivosti: broj serije topljenja koji se ne može pratiti unatrag do broja topline onemogućuje analizu temeljnog uzroka nakon kvara na dimnjaku.
- Nedokumentirana promjena procesa: dobavljač koji koristi sustave kvalitete ISO 9001 i IATF 16949 dokumentirat će svaki proizvodni korak i obavijestiti vas prije promjene, što košta tjedan dana unaprijed i štedi četvrtinu kasnije.
Popravak je neglamurozan. Definirajte specifikaciju prema funkciji, zahtijevajte distribuciju veličine i međuprostorna ograničenja na certifikatu i zadržite jedan zapečaćeni uzorak iz svake serije tijekom trajanja programa.
Često postavljana pitanja
Je li titan ili presvučeni nehrđajući čelik bolji za PEM bipolarnu ploču?
Oba rade. Nehrđajući čelik je jeftiniji i lakši za oblikovanje; titan pobjeđuje tamo gdje je masa bitna, gdje je okolina agresivna ili gdje je potreban dulji servisni interval. Odlučujući broj obično je gustoća struje korozije izmjerena u vašim stvarnim radnim uvjetima, a ne tablica s podacima o leguri.
Koju čistoću nikla treba SOFC anoda?
Počnite od ograničenja sumpora i ugljika koje vaš postupak anode može tolerirati, a zatim postavite čistoću od tamo. Za većinu anoda od kermeta, 99,9% nikla s uskom raspodjelom veličine čestica nadmašuje šarže nominalno veće čistoće isporučene sa širokom raspodjelom.
Može li titan spužva zamijeniti puder?
Obično ne. Spužva je sirovina za taljenje nepravilne morfologije; prah je dizajniran za protok, pakiranje i taloženje. Supstitucija mijenja proces, ne samo ulazni materijal.
Koliko bi trebala trajati kvalifikacija dobavljača?
Planirajte najmanje dvije proizvodne serije za novog dobavljača i četiri do osam tjedana za potpunu dokumentaciju uključujući ispitivanje čistoće i sljedivost serije. Preskakanje drugog lota najskuplji je prečac u ovoj kategoriji.
Ako specificirate materijale gorivih ćelija, pošaljite crtež zajedno s načinom degradacije prema kojem projektirate. Reći ćemo vam koja ocjena, koja međuprostorna ograničenja i koji oblik zapravo rješavaju problem, a gdje bi niža ocjena bila jednako dobra za manje novca i manje vremena. možete kontaktirajte naš tim za materijale za pregled specifikacija prije izdavanja prve narudžbenice.
TKO SMO MI
Ningbo Chuangrun New Materials Co., Ltd. (CRNMC) osnovan je u lipnju 2012. i ima pet proizvodnih baza diljem Kine. Posvećeni smo pročišćavanju, topljenju, lijevanju i obradi titana visoke čistoće, nikla, bakra, niobija, kobalta itd. i pružamo cijeli niz metala elektroničke kvalitete, kao što su elektrolitički kristali visoke čistoće, ingoti, kovani ingoti, prahovi i ploče.
Naš tim se sastoji od stručnjaka iz industrije i poduzetničkog osoblja od 40 stručnjaka s metalurškim iskustvom, od kojih su svi posvećeni industrijalizaciji vrhunskih materijala.
Trenutno je tvrtka dovršila izgled svog lanca industrije ultra-čistih materijala kako bi osigurala kvalitetu, isporuku na vrijeme i poboljšanu korisničku uslugu.
Svi su zaposlenici predani i motivirani te se raduju ispunjavanju zahtjeva kupaca.
CERTIFIKATI
TISAK I MEDIJI
