Rynek wodoru dla ogniw paliwowych
i rozwiązania ThreeBond
Szybki postęp technologiczny i rozwój przemysłu motoryzacyjnego przyspieszają z roku na rok. Rozwój nowych technologii stale otwiera nowe możliwości dla branży klejów i uszczelniaczy. Wśród tych rozwijających się dziedzin sektor wodorowy zyskał znaczący impuls w ciągu ostatnich dwóch dekad, napędzany globalną potrzebą redukcji emisji dwutlenku węgla i przejścia na czystsze rozwiązania energetyczne. Wodór jest obecnie stosowany w szerokim zakresie zastosowań, w tym w elektrycznych pojazdach z ogniwami paliwowymi (FCEV), systemach magazynowania wodoru, elektrolizerach, infrastrukturze tankowania oraz stacjonarnej produkcji energii. W szczególności w sektorze motoryzacyjnym wodorowe ogniwa paliwowe stanowią kluczowe rozwiązanie dla osiągnięcia mobilności zeroemisyjnej przy zachowaniu długiego zasięgu i krótkich czasów tankowania.
Ochrona cennych zasobów i zapobieganie wyciekom zawsze leżały u podstaw misji ThreeBond. Od ponad 20 lat aktywnie uczestniczymy w opracowywaniu wysokowydajnych rozwiązań uszczelniających, zaprojektowanych w celu zapewnienia bezpiecznego i niezawodnego zatrzymywania wodoru.
Ciągłe innowacje w nauce i technologii umożliwiają ThreeBond opracowywanie nowych rozwiązań każdego roku. Dzięki zaawansowanej nauce o materiałach i wiedzy procesowej wspieramy naszych klientów w pokonywaniu wyzwań technicznych i przyczyniamy się do tworzenia bardziej zrównoważonego i trwałego świata.
Wymagania dotyczące uszczelniania wodoru
Uszczelnianie systemów wodorowych wiąże się z wieloma wyzwaniami technicznymi wynikającymi z unikalnych właściwości fizycznych wodoru oraz warunków pracy systemów ogniw paliwowych:
- Wysoka przepuszczalność wilgoci, która może wpływać na długoterminową wydajność i niezawodność
- Wysoka przepuszczalność gazu wodorowego, ze względu na wyjątkowo małą wielkość cząsteczek wodoru
- Wysokie wymagania dotyczące tempa produkcji, wymagające wydajnych procesów uszczelniania, takich jak:
- Technologie CIPG (Cured-In-Place Gasket)
- Rozwiązania utwardzania UV, umożliwiające krótkie czasy utwardzania i wysoką wydajność
Na przestrzeni lat ThreeBond opracował i zwalidował wiele rozwiązań uszczelniających do zastosowań wodorowych, ocenianych zgodnie ze znormalizowanymi japońskimi normami przemysłowymi (JIS), w tym:
- JIS K 7129, do oceny przepuszczalności pary wodnej (wilgoci)
- JIS K 7126, do pomiaru przepuszczalności gazów, w tym wodoru
Zastosowanie w ogniwach paliwowych
Ogniwo paliwowe składa się z kilku precyzyjnie zmontowanych warstw funkcjonalnych, zaprojektowanych do wytwarzania energii elektrycznej poprzez reakcję elektrochemiczną między wodorem a tlenem. Pojedyncze ogniwo zazwyczaj zawiera:
- Płyty bipolarne, które zapewniają dystrybucję wodoru i powietrza, zbierają prąd i zapewniają wytrzymałość mechaniczną
- MEA (Membrane Electrode Assembly), składający się z membrany wymiany protonów umieszczonej między warstwami katalitycznymi a warstwami dyfuzji gazu
- Strefy uszczelniania, nanoszone wokół strefy aktywnej w celu zapobiegania wyciekom wodoru, powietrza i cieczy chłodzącej
Każdy element musi być idealnie wyrównany i uszczelniony, aby zagwarantować wydajność, trwałość i bezpieczeństwo w warunkach roboczego ciśnienia i temperatury.
Aby zagwarantować szczelne uszczelnienie między różnymi komponentami, materiały do uszczelek ciekłych są precyzyjnie nakładane bezpośrednio na płyty bipolarne lub ramy. W zależności od procesu produkcyjnego i wymagań dotyczących wydajności uszczelnianie jest realizowane przy użyciu:
- Technologii FIPG (Formed-In-Place Gasket) lub CIPG (Cured-In-Place Gasket)
- Zautomatyzowanych procesów dozowania lub sitodruku, zapewniających wysoką dokładność, powtarzalność i kompatybilność z produkcją masową
Po nałożeniu materiał uszczelniający jest utwardzany — albo przez utwardzanie termiczne, albo przez utwardzanie UV — tworząc wytrzymałą i ciągłą uszczelkę.
Po uszczelnieniu i utwardzeniu pojedyncze ogniwa są montowane w stos ogniw paliwowych. Proces układania w stos obejmuje:
- Naprzemienne układanie uszczelnionych płyt bipolarnych i MEA w precyzyjnej kolejności
- Staranne wyrównanie wszystkich warstw w celu utrzymania jednolitego przepływu gazu i kontaktu elektrycznego
- Zastosowanie kontrolowanego ściskania za pomocą płyt końcowych i ściągaczy w celu zapewnienia stałej wydajności uszczelnienia
Gotowy stos może składać się z dziesiątek do setek pojedynczych ogniw, w zależności od docelowej mocy wyjściowej. Właściwa integralność uszczelnienia w całym stosie jest niezbędna do zapobiegania wyciekom, zapewnienia bezpieczeństwa i utrzymania wysokiej sprawności.
Nasze rozwiązania
ThreeBond posiada ponad 20-letnie doświadczenie w opracowywaniu produktów do uszczelniania wodoru i zastosowań ogniw paliwowych. Pierwsze opracowane rozwiązania to produkty utwardzane termicznie, takie jak ThreeBond 1153E. Chociaż produkty te oferowały doskonałą wydajność uszczelniania, utwardzanie termiczne wiąże się ze stosunkowo długimi czasami utwardzania, co ogranicza przepustowość produkcji.
Aby nadążać za szybkim postępem technologicznym, zespoły R&D ThreeBond opracowały następnie żywice utwardzane UV, znacznie skracając czasy utwardzania i umożliwiając szybsze i bardziej wydajne procesy produkcyjne. Ostatnio wysiłki skoncentrowano na żywicach nadających się do sitodruku, umożliwiających większe wolumeny produkcji dzięki automatycznemu dozowaniu i drukowaniu.
Dziś ThreeBond oferuje szeroką gamę rozwiązań uszczelniających — FIPG i CIPG — kompatybilnych z różnymi systemami dozowania, dostępnych zarówno w wariantach utwardzanych termicznie, jak i utwardzanych UV.
- Jednokomponentowy, bez rozpuszczalników
- Utwardzanie termiczne
- Jednokomponentowa, bez rozpuszczalników
- Utwardzanie światłem UV
- Doskonała odporność na ciepło, wodę, kwasy, ciecz chłodzącą oraz niska przepuszczalność wilgoci
- Doskonałe zachowanie kształtu, niska trwała odkształcalność przy ściskaniu
Polecane artykuły
