Materiály palivových článkov: Ako špecifikovať ako surovinu titán, nikel a meď
Program palivových článkov zriedka zlyhá, pretože bol zvolený nesprávny prvok. Zlyhá, pretože správny prvok prišiel s nesprávnym obsahom kyslíka, nesprávnou distribúciou veľkosti častíc alebo nesprávnym povrchom. To je nepríjemná časť získavania materiálov pre palivové články: nákres hovorí „titán“ alebo „nikel“, ale čiara, ktorá rozhoduje o tom, či zásobník vydrží 8 000 hodín alebo 3 000, je o dva rady nižšie v špecifikácii, v medziľahlých medziach, veľkosti zŕn a trase tavenia.
Praktické pravidlo je krátke: vyberte materiál najskôr podľa degradačného mechanizmu, potom podľa tvarového faktora a potom podľa stupňa čistoty. Všetko ostatné, vrátane značky a ceny, je nerozhodné.
Krátka odpoveď: Materiály palivových článkov sa vyberajú podľa režimu zlyhania
Polymérne elektrolytické membrány a palivové články s pevným oxidom čerpajú z rovnakého katalógu kovov z opačných dôvodov. Stoh PEM beží za studena, zvyčajne pri teplote 60 až 90 stupňov Celzia a je vlhký, takže hrozbami sú korózia platní, otrava membrán rozpustenými kovovými iónmi a stúpajúci kontaktný odpor na rozhraní platňa-plyn-difúzna vrstva. SOFC beží pri 600 až 900 stupňoch Celzia, kde hrozbami sú oxidácia prepojenia, prchavosť chrómu a nesúlad tepelnej rozťažnosti medzi kovom, elektrolytom a elektródami.
Tento jediný rozdiel vysvetľuje väčšinu užšieho výberu materiálov:
- Bipolárne platne PEMFC: grafitové kompozity, potiahnutá nehrdzavejúca oceľ alebo titán, kde záleží na nízkej hmotnosti a odolnosti proti korózii.
- SOFC prepája: feritická nehrdzavejúca oceľ s ochranným povlakom a za ňou niób a tantal pre hardvér, ktorý musí prežiť náročnejšie tepelné a chemické zaťaženie.
- Elektródy a vrstvy katalyzátora: kovy platinovej skupiny v PEM, nikel v SOFC nikl-YSZ cermetových anódach.
- Zber prúdu a bilancia zariadenia: meď bez obsahu kyslíka a hardvér s vysokou čistotou niklu.
Nákupom vyššej triedy „len pre istotu“ sa zvyčajne nekúpi nič okrem dlhšej doby prípravy a väčšieho rizika intersticiálnej kontaminácie, pretože príliš špecifikovaný materiál sa často vyrába v menších, menej kontrolovaných ohrevoch.
Kde vysoko čisté kovy skutočne vstupujú do zásobníka
Tri oblasti predstavujú prevažnú väčšinu kovu spotrebovaného v systéme palivových článkov.
Bipolárne platne a prepojenia
V zásobníku PEM je jedna platňa na bunku vynásobená stovkami buniek najväčšou riadkovou položkou jednotlivých materiálov. Lisované titánové platne majú často hrúbku 0,075 až 0,15 mm, vďaka čomu je veľkosť zrna a obsah kyslíka niečo iné, len nie akademické. Vyšší obsah kyslíka zvyšuje prietokové napätie, robí tenké lisovanie náchylné na praskanie a môže tlačiť kontaktný odpor nahor. Tu dominuje titán 1. a 2. triedy, kde je potrebná vyššia pevnosť s Ti-6Al-4V ELI. Na rovinnosti a povrchovej úprave záleží rovnako ako na chémii, pretože žiadny povlak nedokáže zakryť 50 mikrónovú okrajovú vlnu.
Nikel v anódach a katalytických vrstvách
V nikel-YSZ cermetovej anóde nie je nikel vedľajším aktérom. Distribúcia veľkosti častíc riadi perkolačnú sieť, ktorá prenáša elektróny a katalyzuje oxidáciu paliva, takže dávka so stredom 3 mikróny sa správa veľmi odlišne od vsádzky so stredom 10 mikrónov. Obsah síry a uhlíka je dôležitý, pretože otrávi povrch anódy pri prevádzkovej teplote a hrúbka povrchového oxidu mení, ako sa prášok správa počas odlievania pásky alebo sieťotlače.
Nátery, zberače prúdu a vyváženie rastlín
Medený a niklový hardvér sa objavuje v zberačoch prúdu, prípojniciach a testovacích zariadeniach, kde je rozhodujúce vodivosť a opracovateľnosť. Titánový prášok dodáva cesty povlaku a porézne transportné štruktúry. Niób a tantal sú v polohách kritických pre vysoké teploty a koróziu, čo je odôvodnené skôr životnosťou než vodivosťou. Veľká časť tohto dopytu sa sústreďuje v nové energetické aplikácie , kde sa ciele trvanlivosti stohu premietnu priamo do špecifikácie čistoty.
Čo uviesť v objednávke
Nižšie uvedená tabuľka je verzia, ktorú si želáme, aby obsahovalo viac výkresov. Názov zliatiny je na ňom najmenej informatívny riadok.
| Materiál | Typická úloha v palivovom článku | Špecifikácia, ktorá rozhoduje o životnosti | Obvyklá forma |
|---|---|---|---|
| Titánová trieda 1 / trieda 2 | PEM bipolárne dosky, koncové dosky, zberače prúdu | Obsah kyslíka a vodíka, zrnitosť, rovinnosť a povrchová úprava | Doska, trubica, prášok |
| Ti-6Al-4V ELI | Vysokopevnostné konštrukčné kovanie, prítlačné dosky | Obsah kyslíka a železa, alfa-beta mikroštruktúra | Tyč, kovanie |
| Nikel 200/201, 99,9% a viac | SOFC nikel-YSZ anódy, vrstvy katalyzátora, zberače prúdu | Čistota, distribúcia veľkosti častíc, obsah síry a uhlíka | Častice, prášok, ingot |
| Meď bez obsahu kyslíka | Zberače prúdu, prípojnice, spájkovacie príslušenstvo | Vodivosť, obsah kyslíka, štruktúra zŕn | Tyč, kusy, tanier, terč |
| niób | Vysokoteplotné prepojenie a náterové práce | Obsah tantalu a volfrámu, zrnitosť | Ingot, tavený ingot |
| Tantal | Vysokoteplotný hardvér odolný voči korózii | Čistota, obsah kyslíka, hustota | Ingot, tavený ingot |
Faktor tvaru zvyčajne rozhoduje dodávateľ, nie kov
Dve úvodzovky pre „99,95 % titánu“ sa môžu líšiť o faktor tri, pretože forma robí skutočnú prácu. Elektrolytický kryštál, špongia, prášok a častice sa privádzajú tavením alebo poťahovaním. Ingot a tavený ingot sú výstupy tavenia. Doska, rúrka, tyč, kusy a terč sú hotové alebo polotovary tvarov zakúpených za číslo dielu. Vývojár zásobníka, ktorý potrebuje 0,1 mm vyrazenú platňu, nie je v rovnakom dodávateľskom reťazci ako ten, ktorý potrebuje 45 mikrónový titánový prášok, aj keď oba certifikáty majú označenie „Ti“.
V prípade bipolárnych platní je predmetom dodávky plochá titánová platňa s nízkym obsahom kyslíka v tenkom rozmere, s veľkosťou zŕn a povrchovou úpravou kontrolovanou tak, aby ju razenie alebo leptanie nepopraskalo a mohol sa na ňu naviazať povlak. Požiadajte o údaje o rovinnosti a zvyškovom napätí spolu s chemickým certifikátom.
Titánová doska s vysokou čistotou pre bipolárne platne a kritické aplikácie Valcovaná titánová platňa vysokej čistoty s prispôsobiteľnými rozmermi a nízkym obsahom nečistôt, vhodná pre kozmonautiku, lekárske implantáty, chemické zariadenia a aplikácie bipolárnych platničiek. Zobraziť produkt → Pre spôsoby poťahovania, porézne transportné vrstvy a niektoré prístupy práškovej metalurgie je vstupom titánový prášok a distribúcia veľkosti častíc plus intersticiálny obsah rozhoduje o tom, ako sa bude správať v kroku nanášania alebo spekania.
Vysoko čistý titánový prášok na výrobu aditív a naprašovacie terče Plynom atomizovaný titánový prášok s prispôsobiteľnou veľkosťou častíc a vysokou čistotou, vhodný na aditívnu výrobu, MIM, práškovú metalurgiu a výrobu rozprašovacích terčov. Zobraziť produkt → Pre anódy niklu-YSZ a prácu s vrstvou katalyzátora sú častice niklu s kontrolovanou distribúciou veľkosti a nízkym obsahom síry tým, čo udržuje cermetovú anódu elektricky perkolujúcu po tisícoch hodín tepelných cyklov.
Častice niklu s vysokou čistotou pre polovodiče a letecké komponenty Vysoko čisté mikronové alebo nanočastice niklu s prispôsobiteľnými rozmermi a nízkymi hladinami nečistôt pre polovodičové, vodivé pasty a letecké aplikácie. Zobraziť produkt → Najčastejšou chybou pri miešaní, ktorú vidíme, je nahradenie prášku špongiou alebo kryštálom alebo ingotom tanierom, aby sa ušetril týždeň prípravného času. Spôsob tavenia, intersticiálne naberanie a zjemňovanie zrna sa líšia a následný proces zvyčajne nedokáže tento rozdiel kompenzovať.
Riziká obstarávania, ktoré sa objavia až po 1 000 hodinách
Takmer každá sťažnosť na materiály v tejto kategórii je jedným z piatich problémov a štyri z nich sú neviditeľné na štandardnom certifikáte analýzy.
- Intersticiálna kontaminácia: kyslík, dusík, vodík a uhlík zachytené počas tavenia alebo žíhania. Zvyšuje odpor, krehne tenkú dosku a posúva správanie pri tečení pri vysokej teplote.
- Posun stavu povrchu: hrúbka oxidu a zvyšky po obrábaní menia kontaktný odpor a priľnavosť povlaku, takže dve šarže s identickou chémiou sa môžu v stohu správať odlišne.
- Konce distribúcie veľkosti častíc: stredná hodnota 3 mikróny znamená málo, ak 15 percent šarže leží nad 15 mikrónov. Pýtajte si D10, D50 a D90, nie jediné číslo.
- Medzery v sledovateľnosti: číslo šarže tavenia, ktoré nemožno vysledovať späť k číslu tepla, znemožňuje analýzu základných príčin po zlyhaní zásobníka.
- Nezdokumentovaná zmena procesu: dodávateľ, ktorý používa systémy kvality ISO 9001 a IATF 16949, zdokumentuje každý krok výroby a upozorní vás na zmenu, ktorá stojí týždeň vopred a neskôr ušetrí štvrtinu.
Oprava je neočarujúca. Definujte špecifikáciu podľa funkcie, požadujte distribúciu veľkosti a intersticiálne limity na certifikáte a uchovávajte jednu zapečatenú vzorku z každej šarže počas životnosti programu.
Často kladené otázky
Je pre bipolárnu platňu PEM lepší titán alebo potiahnutá nehrdzavejúca oceľ?
Obaja fungujú. Nerezová oceľ je lacnejšia a ľahšie tvarovateľná; titán víťazí tam, kde záleží na hmotnosti, kde je agresívne prostredie alebo kde je potrebný dlhší servisný interval. Rozhodujúcim číslom je zvyčajne hustota korózneho prúdu meraná za vašich skutočných prevádzkových podmienok, nie údajový list zliatiny.
Akú čistotu niklu potrebuje anóda SOFC?
Začnite od limitov síry a uhlíka, ktoré váš anódový proces toleruje, a potom nastavte čistotu odtiaľ. Pre väčšinu cermetových anód, 99,9 % niklu s úzkou distribúciou veľkosti častíc prevyšuje nominálne vyššiu čistotu šaržu dodávanú so širokou distribúciou.
Môže titánová špongia nahradiť prášok?
Zvyčajne nie. Špongia je taviaca sa surovina s nepravidelnou morfológiou; prášok je navrhnutý pre tokové, baliace a nanášacie správanie. Substitúcia mení proces, nielen vstupný materiál.
Ako dlho by mala trvať kvalifikácia dodávateľa?
Plánujte minimálne dve výrobné šarže pre nového dodávateľa a štyri až osem týždňov na úplnú dokumentáciu vrátane testovania čistoty a sledovateľnosti šarží. Preskočenie druhej časti je najdrahšou skratkou v tejto kategórii.
Ak špecifikujete materiály palivových článkov, pošlite výkres spolu s degradačným režimom, proti ktorému navrhujete. Povieme vám, ktorý stupeň, ktorý intersticiálny limit a ktorý formulár skutočne rieši problém a kde by nižší stupeň fungoval rovnako dobre za menej peňazí a kratší čas potrebný na prípravu. Môžete kontaktujte náš tím pre materiály na kontrolu špecifikácií pred vydaním prvej objednávky.
KTO SME
Ningbo Chuangrun New Materials Co., Ltd. (CRNMC) bola založená v júni 2012 a má päť výrobných základní po celej Číne. Venujeme sa čisteniu, taveniu, odlievaniu a spracovaniu vysoko čistého titánu, niklu, medi, nióbu, kobaltu atď. a poskytujeme celý rad kovov elektronickej kvality, ako sú vysoko čisté elektrolytické kryštály, ingoty, kované ingoty, prášky a platne.
Náš tím sa skladá z odborníkov z odvetvia a podnikateľského personálu 40 odborníkov s metalurgickým pozadím, z ktorých všetci sa venujú industrializácii špičkových materiálov.
V súčasnosti spoločnosť dokončila usporiadanie svojho reťazca ultračistého materiálu, aby zabezpečila kvalitu, včasné dodanie a zlepšené služby zákazníkom.
Všetci zamestnanci sú odhodlaní a motivovaní a tešia sa na splnenie požiadaviek zákazníkov.
CERTIFIKÁCIE
TLAČ A MÉDIÁ
