韓國(guó)原子能研究院采用3D打印技術(shù)，開發(fā)出更便宜的鉻鋁涂層燃料電池隔板

南極熊導(dǎo)讀，電化學(xué)水分解是很有前途的技術(shù)，在新能源汽車領(lǐng)域，通過(guò)分解水生產(chǎn)氫燃料的設(shè)備。然而，設(shè)備的高成本限制了它的廣泛使用。通常，在燃料電池中分配液體試劑和氣體產(chǎn)品的流量板由石墨、鈦或不銹鋼制成。每種都有缺點(diǎn)，例如耐腐蝕性差或成本高等。

2022年4月11日，南極熊獲悉，韓國(guó)原子能研究院（KAERI）宣布已開發(fā)出可以降低氫能汽車燃料電池的3D打印技術(shù)，并將該技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了韓國(guó)原子能研究院The Sentec公司。

△韓國(guó)原子能研究院3D打印燃料電池隔板。圖片來(lái)自該研究所

該團(tuán)隊(duì)宣傳它們的3D打印技術(shù)可以顯著降低氫燃料電池汽車上，電池隔膜的成本。預(yù)計(jì)可降低電動(dòng)汽車40%的成本價(jià)格。

韓國(guó)原子能研究院11日對(duì)外宣布，已完成對(duì)“用于堆疊耐腐蝕材料的3D打印技術(shù)”的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，條件是將收取銷售額的2%作為研發(fā)費(fèi)用。

燃料電池是通過(guò)氫和氧之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力和水的空間。其周圍的隔板必須耐腐蝕。為此，金和鉑作為主要鍍?cè)阡X、不銹鋼和鈦合金的表面核心材料。它們具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，幾乎不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)等性質(zhì)。

△2014年英國(guó)就已經(jīng)研究使用3D打印制造電池隔板，未涂層（左）與不同涂層（右）的照片和掃描電顯圖像。圖片來(lái)自英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)

韓國(guó)原子能研究院核燃料安全研究部主任，金賢吉研發(fā)了一種價(jià)格低廉且耐腐蝕的材料。通過(guò)3D打印技術(shù)在不銹鋼合金的表面上，涂覆了具有高耐腐蝕性的鉻鋁（CrAl）合金。該涂層具有不易脫落的特性，并且可以代替金等稀有金屬，同時(shí)鉻鋁的成本比黃金便宜1/2000，具有極高的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

研究中使用的3D打印技術(shù)是一種高能堆疊（DED）方法，使用高功率激光將金屬材料逐層堆疊。當(dāng)金屬材料熔化時(shí)，它會(huì)粘合并且涂層區(qū)域不會(huì)脫落。

該技術(shù)不僅僅停留在簡(jiǎn)單的涂層上，它還使用3D打印機(jī)成功生產(chǎn)了用于氫燃料電池的金屬隔板原型。并且通過(guò)3D打印電解槽流道，它是分離板表面的突出物，可提高了燃料電池中氫和氧之間的反應(yīng)效率。

△涂有鉻鋁并3D打印技術(shù)制造的隔板原型。圖片來(lái)自kurdo

“這一成就表明，韓國(guó)原子能研究所擁有的3D打印技術(shù)可以應(yīng)用于非核領(lǐng)域，”該部門負(fù)責(zé)人金賢吉說(shuō)。

另一方面，The Sentech是一家于2021年11月成立的3D打印初創(chuàng)公司，該公司皆在為極端環(huán)境行業(yè)開發(fā)材料。通過(guò)使用先前的技術(shù)，該公司計(jì)劃將使用范圍擴(kuò)大到氫燃料汽車以外的領(lǐng)域，包括國(guó)防和航天工業(yè)。

3D打印方法允許構(gòu)建重量輕、成本低的電解槽。更經(jīng)濟(jì)的開發(fā)成本可以讓更廣泛的受眾群體使用這些設(shè)備。