HYP3D項(xiàng)目采用陶瓷3D打印生產(chǎn)高壓氫氣

2023年10月，南極熊獲悉，HyP3D項(xiàng)目宣布在利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)高壓氫氣方面取得突破。  HyP3D項(xiàng)目由 Horizo​​n Europe資助，法國(guó) 3D 打印 OEM 和服務(wù)機(jī)構(gòu)3DCeram參與了這個(gè)項(xiàng)目，旨在展示顛覆性高壓固體氧化物電解池 (SOEC) 技術(shù)的可行性。

HyP3D 將該技術(shù)與先進(jìn)陶瓷 3D 打印相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)高壓氫氣的高效、可持續(xù)生產(chǎn)。 Ceram3D 表示：“通過這一突破性的 HyP3D 計(jì)劃，能源行業(yè)見證了 3D 打印技術(shù)與氫創(chuàng)新的融合，推動(dòng)世界邁向更加可持續(xù)的能源未來(lái)�！�  


△固體氧化物電解池圖

HyP3D 是 Horizo​​n Europe 的一個(gè)項(xiàng)目，致力于通過使用先進(jìn)陶瓷 3D 打印來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓氫氣生產(chǎn)，從而推進(jìn)固體氧化物電解槽 (SOEC) 技術(shù)。傳統(tǒng)上，固體氧化物電解僅限于大氣壓操作，但 HyP3D 旨在通過提供改變游戲規(guī)則的高壓電解 SOEC 堆棧來(lái)克服這一限制，而無(wú)需壓力容器或外殼。HyP3D 基于具有嵌入式功能和增強(qiáng)型表面改性密封劑的獨(dú)特 3D 打印波紋單元所實(shí)現(xiàn)的突破性概念。通過開發(fā) HyP3D 電堆，該項(xiàng)目旨在為高效、緊湊且經(jīng)濟(jì)高效的加壓氫氣生產(chǎn)鋪平道路，其應(yīng)用包括燃?xì)饩W(wǎng)注入（電轉(zhuǎn)氣）或高壓氫氣儲(chǔ)存等應(yīng)用。

使用 3D 打印高壓制氫
HyP3D 項(xiàng)目的核心是創(chuàng)建緊湊的高壓獨(dú)立 SOEC 電堆，可以將電力轉(zhuǎn)化為壓縮氫氣。HyP3D 利用 3D 打印 SOEC 電池來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這些電池?fù)碛?70平方厘米的大活性面積、嵌入式功能以及在 850°C 和 5+ bar 壓力條件下以超過 0.90A/cm 2 (~1.3V)的高密度產(chǎn)生氫氣的能力。

這種新穎的增材制造方法是傳統(tǒng)陶瓷 SOEC 加工的“范式轉(zhuǎn)變”。據(jù)報(bào)道，3D 打印的超高功率密度 SOEC 堆棧在緊湊的 630 cm 3體積內(nèi)提供 2.14kW 的功率輸出，這意味著每單位體積的比功率增加了三倍，達(dá)到 3.4kW，每單位質(zhì)量的比功率增加了四倍，達(dá)到 1.10 kW/kg，這些功能超過了任何現(xiàn)有的基準(zhǔn)。     


△3D 打印 SOEC 電池

HyP3D：協(xié)作努力
3DCerams 在 HyP3D 工作計(jì)劃和方法中的作用涵蓋 3D 打印原料、3D 打印參數(shù)和熱處理。 3DCeram 使用市售的 YSZ 粉末來(lái)配制用于 SLA 3D 打印的專用漿料。該團(tuán)隊(duì)目前正在探索流變行為并進(jìn)行 3D 打印測(cè)試。此外，該公司正在努力設(shè)計(jì)最佳的 3D 打印程序，旨在生產(chǎn)反映最終細(xì)胞尺寸的復(fù)雜形狀零件。  

3DCeram 將利用其最新的半自動(dòng)陶瓷 3D 打印機(jī)C1000 Flexmatic來(lái)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。C1000 擁有 320 x 320 毫米構(gòu)建平臺(tái)和兩個(gè)激光器，被譽(yù)為具有大規(guī)模 3D 打印目標(biāo)的工業(yè)客戶的理想選擇。C1000 還配備了一個(gè)材料回收站，提高了自動(dòng)化程度并減少了浪費(fèi)。3DCeram 聲稱：“C1000 FLEXMATIC 提供的工業(yè)化可能性對(duì)于項(xiàng)目的成功完成至關(guān)重要�！�

3DCeram 還與加泰羅尼亞能源研究所IREC合作，制定最佳 3D 打印策略，以確�？煽啃圆⒆畲笙薅鹊靥岣弋a(chǎn)量。與傳統(tǒng)制造工藝相比，可以推動(dòng)氫經(jīng)濟(jì)、縮短上市時(shí)間、減少 76% 原材料消耗以及將初始投資減少 42% 。氫氣生產(chǎn)系統(tǒng)專家H2B2也作為 HyP3D 項(xiàng)目的一部分進(jìn)行合作。據(jù)稱，這家總部位于塞維利亞的公司憑借其能源效率專業(yè)知識(shí)“提升了項(xiàng)目的成功”。事實(shí)上，據(jù)報(bào)道，該公司擁有的生產(chǎn)試驗(yàn)線簡(jiǎn)化了 HyP3D 電池的生產(chǎn)。  


△C1000 Flexmatic 3D 打印機(jī)和回收站

陶瓷3D打印的發(fā)展
這并不是 3DCeram 第一次因其陶瓷 3D 打印專業(yè)知識(shí)而受到青睞。2023年初，3DCeram被選為法國(guó)太空推進(jìn)器制造商ThurstMe的官方供應(yīng)商。通過此次合作，ThrustMe 旨在挖掘3D 打印陶瓷在航空航天應(yīng)用中的潛力。該公司聲稱，由于其高性能材料特性，陶瓷提供了比傳統(tǒng)材料更緊湊、更高效、更可靠的解決方案。     

ThrustMe 產(chǎn)品經(jīng)理 Elena Zorzolli Rossi 解釋道：“一些組件暴露在化學(xué)活性等離子體環(huán)境中的高溫下，需要具有出色耐熱性和耐化學(xué)性的材料，陶瓷因其卓越的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性而成為這方面最合適的選擇。

2022年，康奈爾大學(xué)宣布與初創(chuàng)公司Dimensional Energy和奧地利陶瓷 3D 打印公司Lithoz一起獲得撥款，用于開發(fā)可用于 3D 打印清潔能源反應(yīng)堆部件的新型陶瓷。 在籌集了 50,000 美元的資金后，這些公司的研究人員致力于開發(fā)一種新型陶瓷，可以承受熱催化反應(yīng)器運(yùn)行中的高溫。該團(tuán)隊(duì)聲稱，利用 3D 打印和計(jì)算機(jī)建模，可以將這種材料分層成結(jié)構(gòu)，專門設(shè)計(jì)用于提高彈性和反應(yīng)器二氧化碳轉(zhuǎn)化率。