Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wodorowe ogniwa paliwowe wykonane z wykorzystaniem technologii przyrostowych (druku 3D)

Węcel Daniel, Remiorz Leszek, Benedyk Marcin

Rynek Energii

|

2023

|

Nr 3

23--30

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z wodorowymi ogniwami paliwowymi. Skupiono się przede wszystkim na budowie ogniw paliwowych z membraną wymiany protonów. Wskazano zadania jakie pełnią poszczególne elementy składowe oraz wymieniono podstawowe właściwości jakimi powinny się charakteryzować. Szczególną uwagę zwrócono na płyty bipolarne. Bazując na możliwościach zastosowania do produkcji płyt technologii przyrostowych, zaproponowano projekt płyty pozwalający zbudować pojedyncze ogniwo paliwowe. Zostało ono zmontowane z wykorzystaniem gotowego zespołu elektrodowo-membranowego MEA oraz wydrukowanych pozostałych elementów. Przeprowadzone testy pracy ogniwa paliwowego pozwoliły wyznaczyć charakterystyki napięciowo-prądowe i sprawności. Uwzględniając możliwości wykonywania elementów z wykorzystaniem technologii przyrostowych zaprojektowano płyty bipolarne z wewnętrznymi kanałami chłodzącymi do zastosowania w stosie ogniw paliwowych.

EN

The article presents issues related to hydrogen fuel cells. It focusses primarily on the construction of fuel cells with a proton exchange membrane. The tasks performed by individual components are indicated and their basic properties are listed. Particular attention was paid to bipolar plates. On the basis of the possibilities of using additive technologies for the production of plates, a plate design was proposed that would allow the construction of a single fuel cell. It was assembled using a ready-made membrane-electrode assembly MEA and printed other elements. The fuel cell operation tests allowed to determine the voltage-current characteristics and efﬁciency. Taking into account the possibilities of making elements using additive technologies, bipolar plates with internal cooling channels were designed for use in the fuel cell stack.

2

Porous Composite for Bipolar Plate in Low Emission Hydrogen Fuel Cells

Wlodarczyk R.

Journal of Ecological Engineering

|

2018

|

Vol. 19, nr 1

225--232

EN

The paper presents the results of graphite-stainless steel composites for the bipolar plates in low-temperature fuel cells. The sinters were performed by powder metallurgy technology. The influence of technological parameters, especially molding pressure were examined. Following the requirements formulated by the DOE concerning the parameters of the materials, it indicated by the value of the parameters. The density, flowability, particle size of graphite and stainless steel powders have been evaluated. Composites have been tested by microstructure and phase analysis, properties of strength, functional properties: wettability, porosity, roughness. The special attention was paid to the analysis of corrosion resistance obtained sinters and influence of technological parameters on the corrosion. Corrosion tests were carried out under conditions simulating the environment of the fuel cell under anode and cathode conditions. The effect of pH solution during working of the cell on corrosion resistance of composites have been evaluated. Contact resistance depends on roughness of sinters. Low ICR determined high contact area GDL-BP and high electrical conductivity on the contact surface. The ICR in anode conditions after corrosion tests are not change significantly; composite materials can be used for materials for BP in terms of H2.

3

Porous Carbon Materials for Elements in Low-Temperature Fuel Cells

Wlodarczyk R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

117--120

EN

The porosity, distribution of pores, shape of pores and specific surface area of carbon materials were investigated. The study of sintered graphite and commercial carbon materials used in low-temperature fuel cells (Graphite Grade FU, Toray Teflon Treated) was compared. The study covered measurements of density, microstructural examinations and wettability (contact angle) of carbon materials. The main criterion adopted for choosing a particular material for components of fuel cells is their corrosion resistance under operating conditions of hydrogen fuel cells. In order to determine resistance to corrosion in the environment of operation of fuel cells, potentiokinetic curves were registered for synthetic solution 0.1M H2SO4+ 2 ppmF-at 80°C.

PL

W ramach niniejszej pracy badano porowatość, rozkład porów, kształt porów i powierzchnia właściwa materiałów węglowych. Badania dotyczyły spiekanego grafitu i materiałów komercyjnych wykorzystywanych do budowy ogniw niskotemperaturowych (Graphite Grade FU, Toray Teflon Treated).

4

Properties of graphite-stainless steel composite in bipolar plates in simulated anode and cathode environments of PEM fuel cells

Włodarczyk R.

Materials Science Poland

|

2014

|

Vol. 32, No. 3

487--497

EN

The use of a graphite-stainless steel composite as bipolar plates (BP) in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) has been evaluated. The study covers measurements of mechanical properties, microstructural examination, analysis of surface profile, wettability, porosity and corrosion resistance of the composite. The corrosion properties of the composite were examined in 0.1 mol dm−3 H2SO4 + 2 ppm F− saturated with H2 or with O2 and in solutions with different pH: in Na2SO4+ 2 ppm F− (pH = 1.00, 3.00, 5.00) at 80 °C. The performed tests indicate that the graphite modified with stainless steel can be a good choice to be used as a bipolar plate in PEM fuel cells.

5

Effect of pH on corrosion of sintered stainless steels used for bipolar plates in polymer exchange membrane fuel cells

Włodarczyk R., Wrońska A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 1

89-93

EN

Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are numbered among low-temperature cells. Their operating temperature reaches 120°C, whereas their efficiency amounts to ca. 40%. These cells are most often used for the batteries for portable devices, low and high power generators, stationary power plants and car drives. The PEMFCs are composed of the membrane, electrodes at both sides and bipolar plates, also termed interconnectors. The main aim of the present study was to investigate the sintered stainless steels in simulated environments of a PEM fuel cells for bipolar plates. The ferritic (434L) and austenitic (316L) stainless steels were examined. The corrosion properties were examined in 0.1 mol dm-3 Na2SO4+ 2 ppmF-(pH= 1; 3; 5) at 80°C.

PL

Ogniwa paliwowe z membraną protonowymienną są jednym, z niskotemperaturowych ogniw. Ich temperatura pracy wynosi 120 C, a sprawność dochodzi do 40%. Tego typu ogniwa są najczęściej używane jako generatory do urządzeń przenośnych, małych i średnich stacjonarnych elektrowni i do napędu samochodowego. Ogniwa PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) składają się z membrany, elektrod po obu jej stronach oraz okładek, nazywanych też interkonektorami. Głównym celem niniejszej pracy było zbadanie spiekanych stali nierdzewnych przeznaczonych na okładki, w symulowanych środowiskach ogniw paliwowych PEMFC. Badano stal ferrytyczna (434L) oraz austenityczna (316L). Odporność korozyjna stali badano w 0.1 mol dm-3 Na2SO4+2 ppmF- (pH= 1; 3; 5) w temperaturze 80 C.

6

Analysis of Stainless Steel Bipolar Plates Micro-Stamping Processes

Chen T. C., Ye J.-M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2012

|

R. 88, nr 9b

121-126

EN

Bipolar plate is one of the key components of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). Since the production costs of traditional graphite bipolar plates are very expensive and need a few millimeters thickness over the space, the resulting metal bipolar plate not only reduces the cost of such a bipolar plate, the thickness can also be reduced to micron range. This study aims to explore the application of micro-stamping technology to produce thin metal bipolar plates with the relevant process parameters. Regarding the use of rigid punch on 50μm-thick stainless steel sheet (SUS 304) for micro-channel stamping process in this study, the channel design is 0.8*0.75mm. Besides, the finite element method and the experimental results are used to analyze the micro-stamping process key parameters. In this study, traditional material model and the scale-factor modified material model are used for simulation. The experimental results verified by the modified material model are more realistic to products and have better similarity, as the punch load is relatively small. The results demonstrate that the use of micro-stamping production of thin metal bipolar plates could not only reduce the production cost, but could also speed up the process. In this paper, using ULF (updated Lagrangian formulation) concept to establish an elastic-plastic deformation finite element analysis model and using scale-factor to modify the calculation could effectively simulate the micro-stamping process for metal bipolar plates.

PL

Dwubiegunowa płyta jest zasadniczym składnikiem baterii PEMFC z membranową wymianą protonową. W artykule zaproponowano zastąpienie tradycyjne płyty grafitowej przez płytę oraz opisano technologię mikro-tłoczenia w celu uzyskania grubości rzędu mikronów.

7

Sintered materials for bipolar plates

Włodarczyk R., Dudek A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 3

797-803

EN

This study presents an analysis of opportunities of the application of stainless steel for interconnectors in fuel cells. The investigations also included microstructural analysis of sintered materials in terms of use of them as interconnectors in proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). Corrosion resistance in sinters made of a stainless steel was analysed in sulphate solutions; general corrosion resistance and pitting corrosion resistance were tested in the presence of chloride ions. Due to the multifunctionality of materials for interconnectors, selection of these materials is extremely difficult. Results of the investigations of corrosion resistance prove that corrosion resistance is connected with the structure of material and chemical composition of sinters.

PL

Niniejsze wyniki badań przedstawiają możliwość zastosowania stali nierdzewnej na okładki ogniw paliwowych. W pracy przedstawiono również wyniki badań mikrostrukturalnych materiałów spiekanych do wykorzystania jako interkonektory w ogniwach paliwowych z elektrolitem w postaci membrany protonowymiennej. Opór polaryzacji materiałów spiekanych był określony w wyniku badań korozyjnych w roztworach siarczanowych-korozja ogólna, szybkość korozji wżerowej badano w obecności jonów chlorkowych. Ze względu na wielofunkcyjność materiałów na okładki, dobór materiałów na te elementy jest niezwykle trudny. Wyniki badań korozyjnych wskazują zależność od struktury materiału oraz składu chemicznego spieków.

8

Corrosion analysis of aintered material used for low-temperature fuel cell plates

Włodarczyk R., Dudek A., Nitkiewicz Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 1

181-186

EN

A significant part of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) stack is the bipolar plates (BPs), which account for about 80% of total weight and 45% of stack cost. They are designed to accomplish many functions, e.g. they distribute reactants uniformly over the active areas, remove heat from active areas, carry current from cell to cell and prevent leakage of reactants and coolant. Furthermore, the plates must be of inexpensive, lightweight materials and must be easily manufactured. Materials designed for interconnectors must, among other things, be characterized by resistance to corrosion in the environment with pH= 2-3. This study presents opportunities of use of sintered stainless steel for this part of fuel cells. Resistance to corrosion of sintered materials was compared to properties of material (with the same ferritic phase composition) manufactured in conventional way (plastic forming), i.e. X20Cr13 stainless steel.

PL

Ważnym elementem budowy ogniw paliwowych z membraną jonowymienną są okładki/interkonektory. Okładki ogniw paliwowych stanowią około 80% masy całkowitej oraz 45% ceny ogniwa. Okładki do ogniw paliwowych muszą być zaprojektowane tak, aby spełniały wiele funkcji, takich jak jednorodna dystrybucja reagentów w obszarach aktywnych, przewodzenie prądu pomiędzy ogniwami i zabezpieczenie przed wyciekiem reagentów i medium chłodzącego. Poza tym okładki muszą być wykonane z tanich, łatwych w produkcji materiałów o małej masie. Materiały przeznaczone na interkonektory muszą między innymi charakteryzować się odpornością na korozję w środowiskach o pH= 2-3. W pracy przedstawiono możliwości zastosowania spiekanej stali nierdzewnej na ten element ogniwa paliwowego. Odporność na korozję materiału spiekanego porównano z własnościami materiału (posiadającego jednakową strukturę fazową, tj. ferrytyczną) wytwarzanego w sposób tradycyjny (tj. po obróbce plastycznej) - stali nierdzewnej X20Cr13.

9

Charakterystyka spiekanych stali stopowych przeznaczonych na okładki ogniw paliwowych

Włodarczyk R., Dudek A., Nitkiewicz Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 2

115-118

PL

Szerokie zastosowanie i wykorzystanie ogniw paliwowych, jako podstawowego źródła zasilania m.in.: w pojazdach, systemach zasilania awaryjnego czy w energetyce, może w perspektywie kilku dziesięcioleci wydatnie zmniejszyć efekty globalnych zmian klimatycznych, problemu naszego wieku. Okładki ogniw paliwowych są jednym z elementów ogniwa wodorowego. Głównym zadaniem okładek/interkonektorów jest równomierne rozprowadzenie paliwa i utleniacza po powierzchni każdej z elektrod. Kształt okładek zależy od założeń projektu, tj.: mocy produkowanej przez ogniwo, wielkości generatora, bądź jego zastosowania. Niniejsza praca przedstawia analizę otrzymanych własności spiekanych stali stopowych pod kątem ich zastosowania do produkcji okładek ogniw paliwowych. W ramach badań wykonano pomiary własności mechanicznych, badania mikrostrukturalne, przeprowadzono analizę profilu powierzchni próbek spieków. Dodatkowo zbadano odporność korozyjną w warunkach pracy ogniwa paliwowego. Zaproponowana technologia metalurgii proszków do wytwarzania okładek ogniw paliwowych, pozwala otrzymywać w nieskomplikowany sposób elementy o pożądanych kształtach.

EN

Wide use and application of fuel cells as a fundamental source of energy for e.g. vehicles, systems of emergency power supply or in energy sector might notably reduce the effect of climate change, a civilization problem of the present century, within the nearest decades. Interconnectors for fuel cells comprise one of the elements of hydrogen fuel cell. Main task of interconnectors is to evenly distribute fuel and oxidant throughout the surface of each electrode. Shape of interconnectors mainly depends on the design assumptions, i.e. power generated by the cell, generator size or its application. The present study presents analysis of the properties of sintered alloy steels in terms of their practical use for production of interconnectors in fuel cells. The investigations encompassed measurements of mechanical properties, microstructural examinations and analysis of surface profile in sintered samples. Furthermore, corrosion resistance was also investigated under fuel cell's working conditions. The proposed technology of powder metallurgy for manufacturing of interconnectors in fuel cells provides an uncomplicated method of manufacturing of parts with the required shapes.