Kiválthatja-e az aranylakkozott, nagy tisztaságú Alumíniumfólia titánt a PE M elektrolizátor bipoláris lemezpajzsaiban?

A protoncserélő membrán ( PE M) vízelektrolízis gigawatt méretű zöld hidrogéntermelésre való méretezéséhez agresszív veremszintű tőkekiadás (CapEx) csökkentése szükséges. A bipoláris lemezek (BPP-k) és az áramlási térvédő pajzsok a teljes PE M halom gyártási költségének körülbelül 45–55%-át teszik ki.

Hagyományosan az ipar az 1. vagy 2. fokozatú titánfólia szubsztrátumokra támaszkodott, amelyek platinacsoportú fémekkel (PGM) vannak bevonva, hogy túléljék a zord anódos környezetet: folyamatos üzemi hőmérsékletek (60°C - 80°C), savas perfluorszulfonsav (PFSA) membránkontaktus (pH 1,0 - 3,0 s.1 v2 V2 s. SHE) és oxigénfejlődési telítettség. A titánfóliának azonban komoly kereskedelmi hátrányai is vannak: nagy a nyersanyagpiac ingadozása, lassú bélyegzési sebesség, súlyos kimaródás és nagy a hidrogén ridegedés kockázata.

Aranylakkozott, nagy tisztaságú alumíniumfólia – a nagy alakíthatóságú, nagy tisztaságú alumínium szubsztrátumok (1000-es sorozat, ≥ 99,85%-os tisztaság) vegyileg ellenálló, lyukmentes, szubmikron arany pigmentekkel vagy PVD-csatolt nanométeres védőanyagokkal feltöltött vezető lakkokkal kombinálva – alternatívát jelent a gázmező áramlási, diffúziós rétegű tömítőanyagaihoz (G-D) katódoldali lemezvédelem. Rendkívül alacsony felületi érintkezési ellenállást (ICR) biztosít, blokkolja a savas fluorid-ion kimosódást, és több mint 60% -kal csökkenti a pajzsgyártás költségeit  a titán szerelvényekhez képest.

Szerkezeti ötvözet szubsztrát mechanika

A bipoláris lemezes folyadékelosztó fóliák és az áramlási mező árnyékolásai nagy bélyegzési konformitást igényelnek, hogy mikrocsatornás áramlási utakat (0,5 mm - 1,0 mm szélesség/mélység) alakítsanak ki mikroszakadás nélkül:

1085 Nagy tisztaságú Alumíniumfólia Mag: kivételesen egyenletes nyúlást biztosít (>25% teljesen lágyított O-hőmérsékletben), lehetővé téve a nagy sebességű tekercses dombornyomást és a fokozatos préselést bonyolult szerpentin vagy párhuzamos áramlási mintákká szakadás nélkül.

Intermetallikus mikrozárványok kiküszöbölése: A ≥ 99,85%-os tisztasági szint minimálisra csökkenti a vas-szilícium intermetallikus fázisokat (Al3Fe), amelyek elektromos előfeszítés mellett a lokalizált galvanikus lyukképződés elsődleges helyszínei.

Hővezetőképesség és hőleadás: A nagy ömlesztett hővezetőképesség (>210 W/m·K, szemben a 2. fokozatú titán mindössze 16 W/m·K értékével) felgyorsítja a kötegben a lokális hőleadást, csökkentve a forró pontok lebomlását a protoncserélő membrán mentén.

Vezetőképes arany-lakk polimer készítmény

A bevonat nélküli alumínium ezredmásodperceken belül elektromosan rezisztív passziváló oxidfilmet (Al2O3) képez, ami a köteg elektromos hatékonyságának zuhanását okozza. A speciális aranylakk megakadályozza ennek a passziváló rétegnek a felhalmozódását:

Vezetőképes perkolációs mátrix: Fluoropolimer/epoxi-fenolgyanta hordozóba ágyazott, nagy tisztaságú, szubmikron fémes arany pelyhekből áll. Az arany pelyhek folyamatos vezetőpályát tartanak fenn a film vastagságában.

Fluoropolimer kémiai tehetetlensége: A sűrű polimer kötőanyag ellenáll a duzzadásnak és a lebomlásnak, amikor meleg savas, ionmentesített víz hatásának van kitéve, amely nyomokban fluorid gyököket (F⁻) tartalmaz, amelyek a PFSA membránok (pl. Nafion) lebomlása következtében keletkeznek.

Műszaki érvényesítés és gyakorlati teljesítmény 

Az alábbi teljesítmény-összehasonlítás az arannyal lakkozott, nagy tisztaságú alumíniumfóliát értékeli a hagyományos PE M elektrolizáló anyagokkal szemben:

B2B kereskedelmi nyereség és mérnöki megtérülés a veremintegrátorok számára

GYIK

1. kérdés: Valóban túlélheti az alumínium a savas környezetet egy PE M vizes elektrolizátorban?

V: A csupasz alumínium savas környezetben (pH 1,5-3,0) gyorsan korrodálódik. A tűlyukmentes, kémiailag térhálósított arany-lakk záróbevonatnak köszönhetően azonban a fémmag teljesen el van szigetelve a keringő ionmentesített víztől, megakadályozva a savas támadást és a kémiai oldódást.

2. kérdés: Mi történik, ha nyomokban alumíniumionok szivárognak be a PE M membránba?

V: Ha az alumínium feloldódik, az Al⊃3;⁺ kationok helyettesítik a protonokat (H⁺) a perfluorszulfonsav (PFSA) membrán szulfonsav helyein. Ez drámaian csökkenti a membrán protonvezetőképességét, tartósan csökkentve a cellafeszültség hatékonyságát. Az át nem eresztő, hibamentes záróbevonat használata elengedhetetlen a kationok kimosódásának megakadályozásához.   

3. kérdés: Miért kerül aranyat a lakkba, és ez túl drágává teszi a fóliát?

V: Az arany kivételes elektromos vezetőképességet biztosít, és nem képez szigetelő oxidfilmet. Az arany szubmikronos pelyhek formájában van kialakítva egy folytonos tekercsbevonatú polimer mátrixban, nem pedig nehéz szilárd bevonatban. Ez minimális nemesfémet használ, miközben alacsony határfelületi érintkezési ellenállást tart fenn (≤ 5 mΩ·cm²).

4. kérdés: Hogyan viszonyul az alumínium sajtolása a titán sajtoláshoz az áramlási mező csatornáihoz?

V: A titánfólia kemény, hajlamos a nagy visszaugrásra, és gyakran megrontja a drága sajtolószerszámokat. A nagy tisztaságú lágyított alumíniumfólia (1085-O) képlékeny és megfelelő, lehetővé téve a bonyolult mikrocsatornák bélyegzését sokkal nagyobb ciklussebességgel, lényegesen kisebb szerszámkopással.

5. kérdés: Hogyan előnyös az alumínium hővezető képessége az elektrolizáló köteg számára?

V: Az alumínium hővezető képessége több mint 210 W/m·K, szemben a titán körülbelül 16 W/m·K értékével. Ez elősegíti a nagy áramsűrűség által generált hő gyors átvitelét a hűtővíz csatornákba, kiküszöbölve a forró pontokat, amelyek felgyorsítják a membrán elvékonyodását és lebomlását.

Következtetés

Az arannyal lakkozott, nagy tisztaságú alumíniumfólia praktikus, nagymértékben méretezhető és költséghatékony anyag alternatívát kínál a vékony titán fóliák helyett PE M elektrolizátor áramlási mezőiben és bipoláris lemezegységekben.

Az anyagválasztás optimalizálása az elektrolizáló köteg fejlesztéséhez:

Cél katódoldali és folyadékelosztó rétegek Először is: Az aranylakkozott alumíniumot elsősorban a katód (hidrogénfejlődés) oldalon és a másodlagos áramláselosztó pajzsokat helyezze el, ahol alacsonyabb a működési potenciál, így a PGM-bevonatú titánt az erősen oxidatív anódfelületre kell fenntartani.

Adja meg a tanúsított alacsony ICR-tartalmú készítményeket (≤5,0 mΩ·cm²): Megköveteli a határfelületi érintkezési ellenállás szállítói érvényesítését szabványos kötegtömörítési nyomások mellett (1,0{ MPa - 1,5 MPa) szénpapír GDL-ekkel.

A nulla ion-kioldódás ellenőrzésének előírása: szigorú ICP-MS kémiai extrakciós vizsgálat végrehajtása fűtött savas tesztfürdőben, hogy az alumíniumkation koncentrációja 1 μg/L alatt maradjon, megóvva a protoncserélő membránt a mérgezéstől.