Le celle a combustibile ci stanno aiutando a muoverci verso l'energia pulita e al centro di ogni cella a combustibile c'è il suo elemento principale, il Piastra bipolare. Trasportano calore, inviano elettricità e tengono insieme l'edificio o la struttura. Poiché le persone cercano soluzioni migliori, più durevoli e più economiche celle a combustibile , la corsa per migliorare i processi di produzione delle piastre bipolari metalliche è diventando più rigido.
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Guida rapida ai materiali delle placche bipolari
Circa due terzi del mercato sono costituiti da lamiere di acciaio e composite. Tutte presentano dei vantaggi. L'elevata conduttività e la struttura robusta sono caratteristiche di piastre di metallo mentre la lavorazione del prodotto finito avviene negli stabilimenti del nostro partner piastre composite Sono molto più facili da trasportare e resistenti alla corrosione. Le aziende puntano a combinare buone prestazioni, elevata durata e basso costo.
Problemi nei processi di produzione di piastre bipolari metalliche
Realizzare lamiere sottili con campi di flusso dal design preciso è molto difficile. Il metallo deve rimanere resistente per evitare crepe, mentre la creazione dei canali di flusso richiede approcci specifici. Ecco perché è così importante trovare metodi economici e scalabili per farlo.
Formatura elettromagnetica ad alta velocità (HVEF)
Fu allora che la formatura elettromagnetica ad alta velocità (HVEF) si guadagnò grande notorietà. Con l'HVEF, impulsi magnetici trasformano le lamiere metalliche senza toccarle. Questo approccio riduce la forza meccanica e consente lavorazioni più precise.
Collaborazione con il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali
Un'azienda collegata al Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali di un'università ha ottenuto un finanziamento governativo di 9 miliardi di dollari per portare la tecnologia HVEF dalla fase concettuale alla commercializzazione. Il progetto completato ha confermato che il processo di fabbricazione produce lamiere metalliche resistenti di varie forme.
Come l'HVEF può essere economicamente vantaggioso
Anche senza conoscere i dati esatti sui costi, è probabile che i vantaggi della macchina, come minore usura, minore consumo energetico e tempi più rapidi, si traducano in risparmi significativi. L'HVEF (High Voltage Effect Forcing) è in grado di ridurre i costi di produzione in misura molto maggiore rispetto ai metodi tradizionali di stampaggio o idroformatura.
Processi di produzione alternativi
Tecniche di microelettronica
Prendendo spunto dalla microelettronica, gli scienziati riescono a realizzare modelli dettagliati dei campi di flusso grazie alla litografia laser a eccimeri. Sebbene l'attrezzatura sia inizialmente molto costosa, la produzione in serie potrebbe rendere ogni singolo pezzo molto più accessibile, proprio come accade con i chip.
Deposizione a sputtering con magnetron su substrati polimerici
In questo caso, la deposizione a sputtering magnetron viene utilizzata per depositare uno strato di metalli conduttivi, come rame o argento, su superfici polimeriche mediante una struttura a sandwich. Di conseguenza, le piastre sono realizzate con materiali leggeri, non corrosivi e con buone proprietà di conducibilità.
Produzione di lastre
Piastre composite realizzate in materiale termoplastico
Un importante progresso è stato compiuto con la tecnologia dei microcompositi. In questo caso, il PVDF viene miscelato con polvere di scaglie di grafite per formare un composito. Mediante pressatura a caldo o estrusione, le lastre presentano eccellenti prestazioni elettriche e sono ideali per applicazioni che richiedono un'elevata conduttività.
Piastre in composito carbonio/carbonio
Resistono alle alte temperature e possiedono un'eccellente conduttività elettrica. Ciononostante, il loro costo e la loro complessità ne limitano l'utilizzo ad applicazioni specifiche.
Concorrenza a livello di settore
Rendendosi conto del profitto derivante dalle celle a combustibile, le aziende si stanno concentrando sull'esplorazione e sul miglioramento Piastre bipolari. Tre progetti recenti sono stati finanziati: uno riguarda piastre di metallo Una è rivestita con materiali innovativi, mentre le altre due prevedono l'utilizzo di lastre in materiale termoplastico e composito di carbonio. La serrata competizione tra i principali attori sta accelerando l'innovazione.
Come valutiamo il funzionamento delle piastre?
Migliori migliore piastra bipolare dovrebbe essere:
- È stata rilevata un'elevata conduttività elettrica (superiore a 250 S/cm).
- Materiali con conduttività termica superiore a 100 W/m·K
- Un'elevata resistenza alla corrosione è particolarmente importante quando le sostanze sono acide.
- Test di resistenza alla flessione e incapacità dei gas di passare
A causa di questi fattori, l'efficienza, l'utilizzo continuativo e la manutenzione delle celle a combustibile possono risultare compromessi.
Fattibilità commerciale e scalabilità nei processi di produzione di piastre bipolari metalliche
Sebbene esistano prototipi interessanti piastre bipolari in metallo La maggior parte di questi materiali non è stata utilizzata nelle celle a combustibile commerciali. Il breve periodo di prova degli esperimenti in situ, in genere di pochi mesi, rende difficile prevedere risultati per motori con oltre 5,000 ore di funzionamento. Per l'immissione sul mercato erano necessarie stime recenti e affidabili a lungo termine sulla durata dei materiali.
Impatto economico
Si prevede che il valore delle celle a combustibile in tutto il mondo supererà i 25 miliardi di dollari entro il 2030. Se piastre bipolari Se prodotte in modo economico ed efficiente, potrebbero essere utilizzate più ampiamente in automobili, dispositivi per l'energia di riserva e piccoli dispositivi. È particolarmente importante ridurre i costi delle piastre al di sotto dei 5 dollari per kilowatt.
Prospettive future
Ci attendono molte possibilità. I dati indicano che il futuro della galvanica potrebbe risiedere in metalli che assorbono facilmente i gas e in rivestimenti su metalli leggeri. Stiamo assistendo a un numero crescente di esempi di utilizzo combinato di metalli e materiali compositi nei progetti.
Conclusione
Migliorare il design di un perfetto piastra bipolare della cella a combustibile Significa anche contribuire a promuovere il futuro dell'energia pulita. La varietà di materiali e metodi di produzione delle automobili sta spingendo le aziende a innovare rapidamente. Soluzioni come HVEF, microlitografia e microcompositi condividono tutte un obiettivo principale: realizzare piastre in grado di alimentare la nostra economia dell'idrogeno con resistenza, efficienza e convenienza.
DOMANDE FREQUENTI
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Quali risultati ottiene l'HVEF nel processo di produzione di lamiere metalliche?
Il taglio sagomato con HVEF non genera stress meccanico e offre risultati più precisi e costi di produzione inferiori.
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Perché continuiamo a usare le placche composite?
Sono molto leggere, non si corrodono e i costi possono diminuire se nella loro realizzazione si utilizzano metodi e materiali adeguati.
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In che modo la litografia laser aiuta nella progettazione del campo di flusso? ?
Percorsi dettagliati e uniformi nei canali del gas consentono una distribuzione più efficiente del gas nelle celle a combustibile.
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Quali sono le difficoltà associate alle piastre in polimero/metallo?
Sono leggeri e non arrugginiscono, tuttavia la loro conduttività non è la stessa di quella dei metalli standard.
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Quale approccio produttivo sembra essere il più efficace?
Attualmente l'HVEF è ancora in testa perché è veloce, preciso e flessibile, ma i nuovi progressi nel campo dei materiali compositi stanno riducendo il divario.
