Materiály palivových článků: Jak specifikovat titan, nikl a měď jako výchozí suroviny
Program palivových článků zřídka selže, protože byl vybrán nesprávný prvek. Selže, protože správný prvek dorazil s nesprávným obsahem kyslíku, nesprávnou distribucí velikosti částic nebo špatným stavem povrchu. To je ta nepříjemná část získávání materiálů pro palivové články: nákres říká „titan“ nebo „nikl“, ale čára, která rozhoduje o tom, zda zásobník vydrží 8 000 hodin nebo 3 000, je o dvě řady níže ve specifikaci, v mezilehlých mezích, velikosti zrn a způsobu tavení.
Praktické pravidlo je krátké: materiál vybírejte nejprve podle degradačního mechanismu, poté podle tvarového faktoru a poté podle stupně čistoty. Všechno ostatní, včetně značky a ceny, je nerozhodný výsledek.
Krátká odpověď: Materiály palivových článků jsou vybírány podle režimu selhání
Polymerní elektrolytové membrány a palivové články z pevných oxidů čerpají ze stejného katalogu kovů z opačných důvodů. Stoh PEM běží chladný, typicky 60 až 90 stupňů Celsia, a mokrý, takže hrozbami je koroze desek, otrava membrán rozpuštěnými kovovými ionty a rostoucí kontaktní odpor na rozhraní desky-plyn-difúzní vrstva. SOFC běží při 600 až 900 stupních Celsia, kde hrozí oxidace propojení, těkání chrómu a nesoulad tepelné roztažnosti mezi kovem, elektrolytem a elektrodami.
Tento jediný rozdíl vysvětluje většinu užšího výběru materiálů:
- Bipolární desky PEMFC: grafitové kompozity, potažená nerezová ocel nebo titan, kde záleží na nízké hmotnosti a odolnosti proti korozi.
- SOFC propojuje: feritická nerezová ocel s ochranným povlakem a za ní niob a tantal pro hardware, který musí přežít drsnější tepelné a chemické zatížení.
- Elektrody a katalytické vrstvy: kovy platinové skupiny v PEM, nikl v SOFC nikl-YSZ cermetových anodách.
- Sběr proudu a bilance zařízení: bezkyslíkatá měď a vysoce čistý nikl.
Nákupem vyšší třídy „jen pro jistotu“ se obvykle nekoupí nic kromě delší doby přípravy a většího rizika intersticiální kontaminace, protože příliš specifikovaný materiál se často vyrábí v menších, méně kontrolovaných tavbách.
Kde vysoce čisté kovy skutečně vstupují do zásobníku
Tři oblasti představují drtivou většinu kovu spotřebovaného v systému palivových článků.
Bipolární desky a propojení
V zásobníku PEM je jedna deska na buňku vynásobená stovkami buněk největší řádkovou položkou jednotlivých materiálů. Lisované titanové desky mají často tloušťku 0,075 až 0,15 mm, díky čemuž je velikost zrna a obsah kyslíku něco jiného než akademické. Vyšší obsah kyslíku zvyšuje průtokové napětí, činí tenkostěnné lisování náchylné k praskání a může tlačit kontaktní odpor nahoru. Dominuje zde titan Grade 1 a Grade 2 a Ti-6Al-4V ELI, kde je vyžadována vyšší pevnost. Na rovinnosti a povrchové úpravě záleží stejně jako na chemii, protože žádný povlak nedokáže zakrýt 50 mikronovou okrajovou vlnu.
Nikl v anodě a katalytických vrstvách
V nikl-YSZ cermetové anodě není nikl vedlejším aktérem. Distribuce velikosti částic řídí perkolační síť, která přenáší elektrony a katalyzuje oxidaci paliva, takže dávka se středem na 3 mikrony se chová velmi odlišně od šarže se středem na 10 mikronů. Na obsahu síry a uhlíku záleží, protože jak otrava povrchu anody při provozní teplotě, tak tloušťka povrchového oxidu mění chování prášku během odlévání pásky nebo sítotisku.
Povlaky, sběrače proudu a bilance rostlin
Měděné a niklové hardware se objevuje ve sběračích proudu, přípojnicích a testovacích zařízeních, kde je rozhodující vodivost a obrobitelnost. Titanový prášek dodává povlakové cesty a porézní transportní struktury. Niob a tantal se nacházejí v polohách kritických pro vysoké teploty a korozi, což je odůvodněno spíše životností než vodivostí. Velká část této poptávky se koncentruje v nové energetické aplikace , kde se cíle trvanlivosti zásobníku promítají přímo do specifikace čistoty.
Co uvést v objednávce
Níže uvedená tabulka je verze, kterou si přejeme obsahovat více výkresů. Název slitiny je na něm nejméně informativní řádek.
| Materiál | Typická role v palivovém článku | Specifikace, která rozhoduje o životnosti | Obvyklá forma |
|---|---|---|---|
| Titan Grade 1 / Grade 2 | PEM bipolární desky, koncové desky, sběrače proudu | Obsah kyslíku a vodíku, zrnitost, rovinnost a povrchová úprava | Talíř, trubka, prášek |
| Ti-6Al-4V ELI | Vysokopevnostní konstrukční kování, přítlačné desky | Obsah kyslíku a železa, alfa-beta mikrostruktura | Tyč, výkovek |
| Nikl 200/201, 99,9 % a více | SOFC nikl-YSZ anody, katalytické vrstvy, proudové kolektory | Čistota, distribuce velikosti částic, obsah síry a uhlíku | Částice, prášek, ingot |
| Měď bez obsahu kyslíku | Proudové sběrače, přípojnice, pájecí kování | Vodivost, obsah kyslíku, struktura zrna | Tyč, kusy, talíř, terč |
| niob | Vysokoteplotní propojovací a nátěrové práce | Obsah tantalu a wolframu, zrnitost | Ingot, tavený ingot |
| Tantal | Hardware odolný proti korozi při vysokých teplotách | Čistota, obsah kyslíku, hustota | Ingot, tavený ingot |
Tvarový faktor obvykle rozhoduje o dodavateli, ne o kovu
Dvě uvozovky pro „99,95 % titanu“ se mohou lišit o faktor tři, protože forma dělá skutečnou práci. Elektrolytický krystal, houba, prášek a částice se přivádějí tavením nebo potahováním. Ingot a tavený ingot jsou výstupy tavení. Talíř, trubka, tyč, kusy a terč jsou hotové nebo polotovary tvarů zakoupených za číslo dílu. Vývojář stohů, který potřebuje 0,1mm vyraženou desku, není ve stejném dodavatelském řetězci jako ten, kdo potřebuje 45mikronový titanový prášek, i když oba certifikáty zní „Ti“.
U bipolárních desek je dodávkou plochá, nízkokyslíková titanová deska tenkého rozměru, se zrnitostí a povrchovou úpravou řízenou tak, aby ji ražení nebo leptání nepopraskalo a mohl se na ni nalepit povlak. Požádejte o údaje o rovinnosti a zbytkovém napětí spolu s chemickým certifikátem.
Vysoce čistá titanová deska pro bipolární desky a kritické aplikace Vysoce čistá válcovaná titanová deska s přizpůsobitelnými rozměry a nízkým obsahem nečistot, vhodná pro letecký průmysl, lékařské implantáty, chemická zařízení a aplikace bipolárních desek. Zobrazit produkt → Pro potahovací cesty, porézní transportní vrstvy a některé přístupy práškové metalurgie je vstupem titanový prášek a o tom, jak se bude chovat v kroku nanášení nebo slinování, rozhoduje distribuce velikosti částic plus intersticiální obsah.
Vysoce čistý titanový prášek pro aditivní výrobu a naprašovací terče Plynem atomizovaný titanový prášek s přizpůsobitelnou velikostí částic a vysokou čistotou, vhodný pro aditivní výrobu, MIM, práškovou metalurgii a výrobu naprašovacích terčů. Zobrazit produkt → Pro anody nikl-YSZ a práci s vrstvou katalyzátoru jsou částice niklu s řízenou distribucí velikosti a nízkým obsahem síry tím, co udržuje cermetovou anodu po tisících hodin tepelných cyklů elektricky perkolující.
Částice niklu s vysokou čistotou pro polovodiče a součásti letectví a kosmonautiky Vysoce čisté mikronové nebo nanočástice niklu s přizpůsobitelnými rozměry a nízkými úrovněmi nečistot pro polovodiče, vodivé pasty a letecké aplikace. Zobrazit produkt → Nejčastější chybou při míchání, kterou vidíme, je nahrazení prášku houbou nebo krystalem nebo ingotem talíř, aby se ušetřil týden přípravného času. Způsob tavení, intersticiální sběr a zjemnění zrna se všechny liší a následný proces obvykle nemůže tento rozdíl kompenzovat.
Rizika nákupu, která se objeví až po 1 000 hodinách
Téměř každá stížnost na materiály v této kategorii je jedním z pěti problémů a čtyři z nich jsou na standardním certifikátu analýzy neviditelné.
- Intersticiální kontaminace: kyslík, dusík, vodík a uhlík zachycený během tavení nebo žíhání. Zvyšuje měrný odpor, křehne tenké desky a posouvá chování při tečení při vysokých teplotách.
- Posun stavu povrchu: tloušťka oxidu a zbytky po obrábění mění kontaktní odpor a přilnavost povlaku, takže dvě šarže s identickou chemií se mohou v sestavě chovat odlišně.
- Konec distribuce velikosti částic: medián 3 mikrony znamená málo, pokud 15 procent šarže leží nad 15 mikrony. Požádejte o D10, D50 a D90, ne o jediné číslo.
- Mezery ve sledovatelnosti: číslo šarže tavení, které nelze zpětně vysledovat k číslu tepla, znemožňuje analýzu hlavních příčin po selhání zásobníku.
- Nedokumentovaná změna procesu: dodavatel provozující systémy jakosti ISO 9001 a IATF 16949 zdokumentuje každý výrobní krok a upozorní vás na změnu, která stojí týden předem a ušetří o čtvrtinu později.
Oprava je neokázalá. Definujte specifikaci podle funkce, požadujte distribuci velikosti a limity intersticiálních položek na certifikátu a uchovejte jeden zapečetěný vzorek z každé šarže po dobu životnosti programu.
Často kladené otázky
Je pro bipolární desku PEM lepší titan nebo potažená nerezová ocel?
Oba fungují. Nerezová ocel je levnější a snadněji tvarovatelná; titan vítězí tam, kde záleží na hmotnosti, kde je agresivní prostředí nebo kde je vyžadován delší servisní interval. Rozhodujícím číslem je obvykle hustota korozního proudu měřená za vašich skutečných provozních podmínek, nikoli datový list slitiny.
Jakou čistotu niklu potřebuje anoda SOFC?
Začněte od limitů síry a uhlíku, které váš anodový proces toleruje, a odtud nastavte čistotu. U většiny cermetových anod předčí 99,9 % niklu s těsnou distribucí velikosti částic nominálně vyšší čistotu dodávanou se širokou distribucí.
Může být titanová houba nahrazena práškem?
Obvykle ne. Houba je tavící surovina s nepravidelnou morfologií; prášek je navržen pro chování toku, balení a ukládání. Substituce mění proces, nejen vstupní materiál.
Jak dlouho by měla trvat kvalifikace dodavatele?
Plánujte minimálně dvě výrobní šarže pro nového dodavatele a čtyři až osm týdnů pro úplnou dokumentaci včetně testování čistoty a sledovatelnosti šarží. Vynechání druhé položky je nejdražší zkratka v této kategorii.
Pokud specifikujete materiály palivových článků, pošlete výkres spolu s degradačním režimem, proti kterému navrhujete. Řekneme vám, která třída, která vsunutá omezení a která forma skutečně řeší problém a kde by nižší třída fungovala stejně dobře za méně peněz a kratší dobu přípravy. Můžete kontaktujte náš tým pro materiály pro kontrolu specifikace před vystavením první nákupní objednávky.
KDO JSME
Ningbo Chuangrun New Materials Co., Ltd. (CRNMC) byla založena v červnu 2012 a má pět výrobních základen po celé Číně. Zaměřujeme se na čištění, tavení, odlévání a zpracování vysoce čistého titanu, niklu, mědi, niobu, kobaltu atd. a poskytujeme celou řadu kovů elektronické kvality, jako jsou vysoce čisté elektrolytické krystaly, ingoty, kované ingoty, prášky a desky.
Náš tým se skládá z průmyslových odborníků a podnikatelského personálu 40 odborníků s metalurgickým vzděláním, z nichž všichni se věnují industrializaci špičkových materiálů.
V současné době společnost dokončila uspořádání svého průmyslového řetězce ultračistých materiálů, aby zajistila kvalitu, včasné dodání a lepší služby zákazníkům.
Všichni zaměstnanci jsou oddaní a motivovaní a těší se na splnění požadavků zákazníků.
CERTIFIKACE
TISK A MÉDIA
