مواد پیل سوختی: نحوه تعیین مواد اولیه تیتانیوم، نیکل و مس
یک برنامه پیل سوختی به ندرت با شکست مواجه می شود زیرا عنصر اشتباه انتخاب شده است. شکست می خورد زیرا عنصر مناسب با محتوای اکسیژن اشتباه، توزیع اندازه ذرات اشتباه یا شرایط سطحی اشتباه وارد شده است. این بخش ناخوشایند تامین مواد پیل سوختی است: نقاشی می‌گوید "تیتانیوم" یا "نیکل"، اما خطی که تعیین می‌کند یک پشته 8000 ساعت طول می‌کشد یا 3000 ساعت در دو ردیف پایین‌تر از مشخصات، در محدوده‌های بینابینی، اندازه دانه و مسیر ذوب قرار می‌گیرد.
قانون عملی کوتاه است: ابتدا مواد را با مکانیسم تخریب، سپس با فاکتور شکل، سپس با درجه خلوص انتخاب کنید. هر چیز دیگری، از جمله برند و قیمت، یک مشکل است.
پاسخ کوتاه: مواد پیل سوختی با حالت شکست انتخاب می شوند
پشته های غشای الکترولیت پلیمری و سلول های سوختی اکسید جامد به دلایل مخالف از یک کاتالوگ فلزی استخراج می شوند. یک پشته PEM خنک، معمولاً 60 تا 90 درجه سانتیگراد و مرطوب کار می کند، بنابراین تهدیدات عبارتند از خوردگی صفحه، مسمومیت غشاء توسط یون های فلزی محلول، و افزایش مقاومت تماس در رابط لایه به گاز انتشار. یک SOFC در دمای 600 تا 900 درجه سانتیگراد کار می کند، که در آن تهدیدات اکسیداسیون به هم پیوسته، تبخیر کروم و عدم تطابق انبساط حرارتی بین فلز، الکترولیت و الکترودها هستند.
این تفاوت واحد بیشتر فهرست کوتاه مواد را توضیح می دهد:
- صفحات دوقطبی PEMFC: کامپوزیت های گرافیت، فولاد ضد زنگ روکش شده یا تیتانیوم که جرم کم و مقاومت در برابر خوردگی هر دو مهم هستند.
- اتصالات SOFC: فولاد ضد زنگ فریتی با پوشش محافظ، و در پشت آن نیوبیوم و تانتالیوم برای سخت افزارهایی که باید در برابر وظایف سخت تر حرارتی و شیمیایی دوام بیاورند.
- الکترودها و لایه های کاتالیزور: فلزات گروه پلاتین در PEM، نیکل در آندهای سرمت نیکل SOFC-YSZ.
- جمع آوری و تعادل فعلی گیاه: مس بدون اکسیژن و سخت افزار نیکل با خلوص بالا.
خرید درجه بالاتر «فقط برای ایمن بودن» معمولاً چیزی جز زمان طولانی‌تر و خطر بیشتر آلودگی بینابینی نمی‌خرد، زیرا مواد بیش از حد مشخص اغلب در گرمای کوچک‌تر و کمتر کنترل‌شده تولید می‌شوند.
جایی که فلزات با خلوص بالا در واقع وارد پشته می شوند
سه منطقه، اکثریت قریب به اتفاق فلز مصرف شده در یک سیستم پیل سوختی را تشکیل می دهند.
صفحات دوقطبی و اتصالات
در یک پشته PEM، یک صفحه در هر سلول ضرب در صدها سلول، بزرگترین آیتم خط مواد منفرد است. صفحات تیتانیوم مهر شده اغلب 0.075 تا 0.15 میلی متر ضخامت دارند که باعث می شود اندازه دانه و محتوای اکسیژن چیزی جز آکادمیک نباشد. اکسیژن بیشتر، تنش جریان را افزایش می‌دهد، مهر زنی با گیج نازک را مستعد ترک می‌کند و می‌تواند مقاومت تماس را به سمت بالا فشار دهد. تیتانیوم درجه 1 و درجه 2 در اینجا غالب است، با Ti-6Al-4V ELI که در آن به استحکام بالاتری نیاز است. مسطح بودن و پرداخت سطح به اندازه شیمی اهمیت دارد، زیرا هیچ پوششی نمی تواند موج لبه 50 میکرونی را پنهان کند.
نیکل در لایه های آند و کاتالیست
در یک آند سرم نیکل-YSZ، نیکل یک عامل پشتیبانی نیست. توزیع اندازه ذرات، شبکه نفوذی را که الکترون ها را حمل می کند و اکسیداسیون سوخت را کاتالیز می کند، کنترل می کند، بنابراین یک دسته با مرکز 3 میکرون رفتار بسیار متفاوتی با شبکه 10 میکرون دارد. محتوای گوگرد و کربن اهمیت دارد زیرا هر دو سطح آند را در دمای عملیاتی مسموم می کنند و ضخامت اکسید سطح نحوه رفتار پودر را در طول ریخته گری نوار یا چاپ روی صفحه تغییر می دهد.
پوشش ها، کلکتورهای فعلی و تراز گیاه
سخت‌افزار مس و نیکل در کلکتورهای فعلی، شینه‌ها و دکل‌های آزمایشی ظاهر می‌شوند، جایی که هدایت و ماشینکاری تصمیم‌گیری می‌کنند. پودر تیتانیوم مسیرهای پوشش و ساختارهای حمل و نقل متخلخل را تغذیه می کند. نیوبیوم و تانتالیوم در موقعیت‌هایی با دمای بالا و بحرانی در برابر خوردگی قرار می‌گیرند که با عمر مفید و نه رسانایی توجیه می‌شوند. سهم بزرگی از این تقاضا در کاربردهای انرژی جدید ، جایی که اهداف دوام پشته مستقیماً به مشخصات خلوص ترجمه می شوند.
چه چیزی را در سفارش خرید قرار دهید
جدول زیر نسخه ای است که ما می خواهیم نقشه های بیشتری داشته باشد. نام آلیاژ کم اطلاع ترین خط روی آن است.
| مواد | نقش معمولی در پیل سوختی | مشخصاتی که عمر سرویس را تعیین می کند | فرم معمولی |
|---|---|---|---|
| تیتانیوم درجه 1 / درجه 2 | صفحات دوقطبی PEM، صفحات انتهایی، کلکتورهای جریان | محتوای اکسیژن و هیدروژن، اندازه دانه، صافی و سطح پرداخت | بشقاب، لوله، پودر |
| Ti-6Al-4V ELI | سخت افزار ساختاری با مقاومت بالا، صفحات فشار | محتوای اکسیژن و آهن، ریزساختار آلفا بتا | میله، سهام آهنگری |
| نیکل 200 / 201، 99.9٪ و بالاتر | آندهای SOFC نیکل-YSZ، لایه های کاتالیزور، کلکتورهای جریان | خلوص، توزیع اندازه ذرات، محتوای گوگرد و کربن | ذرات، پودر، شمش |
| مس بدون اکسیژن | کلکتورهای جریان، شینه ها، سخت افزار لحیم کاری | رسانایی، محتوای اکسیژن، ساختار دانه | میله، قطعات، صفحه، هدف |
| نیوبیم | کار اتصال و پوشش در دمای بالا | محتوای تانتالیوم و تنگستن، اندازه دانه | شمش، شمش ذوب شده |
| تانتالیوم | سخت افزار مقاوم در برابر خوردگی در دمای بالا | خلوص، محتوای اکسیژن، چگالی | شمش، شمش ذوب شده |
فرم فاکتور معمولاً تامین کننده را تعیین می کند نه فلز
دو نقل قول برای "99.95% تیتانیوم" می توانند با ضریب سه تفاوت داشته باشند، زیرا فرم کار واقعی را انجام می دهد. کریستال الکترولیتی، اسفنج، پودر و ذرات یک مسیر ذوب یا پوشش را تغذیه می کنند. شمش و شمش ذوب شده خروجی های ذوب هستند. بشقاب، لوله، میله، قطعات و هدف شکل های تمام شده یا نیمه تمام هستند که در مقابل شماره قطعه خریداری می شوند. توسعه دهنده پشته ای که به صفحه مهر 0.1 میلی متری نیاز دارد، با کسی که به پودر تیتانیوم 45 میکرونی نیاز دارد، در زنجیره تامین یکسانی نیست، حتی اگر هر دو گواهینامه "Ti" خوانده شده است.
برای صفحات دوقطبی، محصول قابل تحویل صفحه تیتانیوم مسطح و کم اکسیژن در گیج نازک است که اندازه دانه و سطح آن کنترل می شود به طوری که مهر و موم یا حکاکی آن را ترک نمی کند و یک پوشش می تواند به آن بچسبد. اطلاعات صافی و تنش پسماند را در کنار گواهی شیمی بخواهید.
صفحه تیتانیوم با خلوص بالا برای صفحات دوقطبی و کاربردهای حیاتی صفحه تیتانیوم نورد شده با خلوص بالا با ابعاد قابل تنظیم و محتوای ناخالصی کم، مناسب برای هوافضا، ایمپلنت های پزشکی، تجهیزات شیمیایی و کاربردهای صفحه دوقطبی. مشاهده محصول → برای مسیرهای پوشش، لایه‌های حمل و نقل متخلخل و برخی روش‌های متالورژی پودر، پودر تیتانیوم ورودی است و توزیع اندازه ذرات به‌علاوه محتوای بینابینی، نحوه رفتار آن در مرحله رسوب یا تف جوشی را تعیین می‌کند.
پودر تیتانیوم با خلوص بالا برای ساخت افزودنی و اهداف کندوپاش پودر تیتانیوم اتمیزه شده با گاز با اندازه ذرات قابل تنظیم و خلوص بالا، مناسب برای تولید افزودنی، MIM، متالورژی پودر و تولید هدف کندوپاشی. مشاهده محصول → برای آندهای نیکل-YSZ و کار با لایه کاتالیزور، ذرات نیکل با توزیع اندازه کنترل شده و گوگرد کم چیزی است که آند سرمتی را پس از هزاران ساعت چرخه حرارتی به صورت الکتریکی در جریان نگه می دارد.
ذرات نیکل با خلوص بالا برای نیمه هادی ها و اجزای هوافضا ذرات نیکل با اندازه میکرون یا نانو با خلوص بالا با ابعاد قابل تنظیم و سطوح ناخالصی کم برای کاربردهای نیمه هادی، خمیر رسانا و هوافضا. مشاهده محصول → رایج‌ترین خطای اختلاط که می‌بینیم، جایگزینی اسفنج یا کریستال به جای پودر یا شمش به جای صفحه است تا یک هفته از زمان تولید صرفه‌جویی شود. مسیر ذوب، برداشت بینابینی و پالایش دانه همه متفاوت است و فرآیند پایین دست معمولاً نمی تواند تفاوت را جبران کند.
خطرات تدارکاتی که فقط پس از 1000 ساعت ظاهر می شوند
تقریباً هر شکایت مواد در این دسته یکی از پنج موضوع است و چهار مورد از آنها در گواهی استاندارد تجزیه و تحلیل نامرئی هستند.
- آلودگی بینابینی: اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن و کربن در طول ذوب یا بازپخت جمع آوری می شود. مقاومت را افزایش می دهد، صفحه نازک را شکننده می کند و رفتار خزش در دمای بالا را تغییر می دهد.
- رانش وضعیت سطح: ضخامت اکسید و باقیمانده ماشینکاری مقاومت تماس و چسبندگی پوشش را تغییر می دهد، بنابراین دو دسته با شیمی یکسان می توانند در پشته رفتار متفاوتی داشته باشند.
- دم توزیع اندازه ذرات: اگر 15 درصد دسته بالای 15 میکرون باشد، میانگین 3 میکرون به معنای کمی است. D10، D50 و D90 را بخواهید، نه یک عدد.
- شکاف‌های قابلیت ردیابی: یک عدد ذوب که نمی‌توان آن را به یک عدد حرارتی ردیابی کرد، تجزیه و تحلیل علت اصلی را پس از شکست پشته غیرممکن می‌کند.
- تغییر فرآیند غیرمستند: تامین‌کننده‌ای که سیستم‌های کیفیت ISO 9001 و IATF 16949 را اجرا می‌کند، هر مرحله تولید را مستند می‌کند و قبل از تغییر به شما اطلاع می‌دهد که یک هفته قبل هزینه دارد و یک ربع بعد صرفه‌جویی می‌کند.
راه حل غیر جذاب است. مشخصات را بر اساس تابع تعریف کنید، نیاز به توزیع اندازه و محدودیت های بینابینی در گواهی داشته باشید، و یک نمونه مهر و موم شده از هر لات را برای طول عمر برنامه حفظ کنید.
سوالات متداول
آیا تیتانیوم یا فولاد ضد زنگ روکش شده برای صفحه دوقطبی PEM بهتر است؟
هر دو کار می کنند. فولاد ضد زنگ ارزان تر و آسان تر است. در جاهایی که جرم اهمیت دارد، محیط تهاجمی است، یا جایی که فاصله سرویس طولانی تری نیاز است، تیتانیوم برنده است. عدد تعیین کننده معمولاً چگالی جریان خوردگی است که در شرایط عملیاتی واقعی اندازه گیری می شود، نه برگه اطلاعات آلیاژ.
آند SOFC به چه خلوص نیکل نیاز دارد؟
از محدودیت‌های گوگرد و کربنی که فرآیند آند شما می‌تواند تحمل کند شروع کنید، سپس خلوص را از آنجا تنظیم کنید. برای اکثر آندهای سرمتی، 99.9% نیکل با توزیع اندازه ذرات محکم، بهتر از دسته ای با خلوص بالاتر عرضه شده با توزیع گسترده است.
آیا می توان اسفنج تیتانیوم را جایگزین پودر کرد؟
معمولا نه. اسفنج یک ماده اولیه ذوب با مورفولوژی نامنظم است. پودر برای رفتار جریان، بسته بندی و رسوب مهندسی شده است. جایگزینی فرآیند را تغییر می دهد، نه فقط مواد ورودی را.
صلاحیت تامین کننده چقدر باید طول بکشد؟
حداقل دو لات تولید برای یک تامین کننده جدید و چهار تا هشت هفته برای مستندات کامل از جمله آزمایش خلوص و قابلیت ردیابی لات برنامه ریزی کنید. پرش از لات دوم گران ترین میانبر در این دسته است.
اگر مواد پیل سوختی را مشخص می کنید، نقشه را همراه با حالت تخریبی که بر اساس آن طراحی می کنید ارسال کنید. ما به شما می گوییم که کدام درجه، کدام محدودیت های بینابینی و کدام فرم واقعاً مشکل را حل می کند، و نمره پایین تر در کجا به همان اندازه با پول کمتر و زمان تحویل کمتر عمل می کند. شما می توانید با تیم مواد ما تماس بگیرید برای بررسی مشخصات قبل از صدور اولین سفارش خرید.
ما که هستیم
Ningbo Chuangrun New Materials Co., Ltd. (CRNMC) در ژوئن 2012 تاسیس شد و دارای پنج پایگاه تولید در سراسر چین است. ما به تصفیه، ذوب، ریخته‌گری و پردازش تیتانیوم، نیکل، مس، نیوبیم، کبالت و غیره با خلوص بالا اختصاص داده شده‌ایم و طیف کاملی از فلزات با درجه الکترونیکی مانند کریستال‌های الکترولیتی با خلوص بالا، شمش‌ها، شمش‌های آهنگری، پودرها و صفحات را ارائه می‌کنیم.
تیم ما متشکل از کارشناسان صنعت و کارکنان کارآفرینی متشکل از 40 متخصص با پیشینه متالورژی است که همه آنها به صنعتی سازی مواد پیشرفته اختصاص داده شده اند.
در حال حاضر، این شرکت طرح زنجیره صنعت مواد فوق‌العاده خالص خود را برای اطمینان از کیفیت، تحویل به موقع و بهبود خدمات مشتری تکمیل کرده است.
همه کارکنان متعهد و با انگیزه هستند و مشتاقانه منتظر پاسخگویی به نیازهای مشتری هستند.
گواهینامه ها
مطبوعات و رسانه ها
