Alumina em energia de hidrogênio e células de combustível

Introdução

A alumina é uma forma de óxido de alumínio. Ela tem grande estabilidade térmica e excelente resistência química. Em sistemas de energia de hidrogênio e células de combustível, a alumina mantém os sistemas operando de forma confiável. A alumina é leve e resistente. Apresenta bom desempenho em altas temperaturas ou quando exposta a produtos químicos fortes. Este artigo analisa a cerâmica de alumina em sistemas de energia de hidrogênio e novos materiais de alumina em células de combustível de óxido sólido.

Cerâmica de alumina em sistemas de energia de hidrogênio: Resistência térmica e química

As cerâmicas de alumina são predominantes nos sistemas de energia de hidrogênio. As cerâmicas de alumina têm excelente resistência a temperaturas muito altas. Os sistemas de hidrogênio tendem a estar acima de 800°C. A alumina resiste a mais de 2000°C em condições controladas. Os engenheiros usam peças de cerâmica de alumina para proteger outros materiais do calor.

Os sistemas de energia de hidrogênio geralmente incluem reformadores ou reatores de alta temperatura. Nesses ambientes, a alumina protege equipamentos sensíveis. Por exemplo, um reformador de hidrogênio pode ser exposto a picos repentinos de temperatura. As peças de alumina não racham sob esses tipos de condições. Elas também são imunes ao ataque químico do gás hidrogênio ou do vapor. A alumina é inerte quando as tintas de oxigênio, água e hidrogênio se misturam em condições de alta energia.

As cerâmicas de alumina têm baixa expansão térmica. Ou seja, não encolhem nem aumentam muito de tamanho com as mudanças de temperatura. Isso é útil quando peças diferentes precisam se encaixar com firmeza. Em muitos sistemas industriais, as peças de alumina salvaram as linhas de hidrogênio de danos térmicos. Lembro-me de um sistema específico que sofria com vazamentos até que foram instaladas vedações de alumina. O sistema então operou com segurança por milhares de horas.

A resistência química da alumina é outra vantagem significativa. A maioria dos materiais se degrada quando reage com hidrogênio e água. A alumina é um dos melhores nesse aspecto. Isso evita a manutenção e a substituição frequentes. Isso também significa que os componentes de cerâmica de alumina têm uma vida útil longa em condições exigentes. A maioria das empresas escolhe a alumina pela durabilidade e confiabilidade quando se trata de aplicações de energia de hidrogênio.

Materiais avançados de alumina para células de combustível de óxido sólido

As células de combustível de óxido sólido operam em altas temperaturas. Em geral, elas operam entre 800°C e 1000°C. A alta temperatura faz com que seja necessário um material que possa sustentá-la. Os materiais avançados de alumina fornecem a resistência e o suporte necessários. Eles são usados em várias partes de uma célula de combustível, como estruturas de suporte e interconexões.

Os produtores normalmente usam métodos avançados de processamento para refinar a alumina. Esse processamento a compacta e a torna menos porosa. Por exemplo, uma camada de alumina densificada pode impedir que o oxigênio se difunda muito rapidamente. Em uma célula de combustível, isso mantém o fluxo de gás correto. Isso também melhora a eficiência da célula. As peças de alumina de alta qualidade são encontradas na estrutura da célula e nos selantes. Os engenheiros gostam dessas peças porque elas podem resistir ao desgaste.

Em um caso, uma célula de combustível conseguiu operar por mais de 40.000 horas de operação. Os componentes de alumina conseguiram manter a integridade da estrutura. Eles resistiram ao ciclo diário de temperaturas e à exposição a produtos químicos. Nesses casos, o custo de produção é compensado pelo ciclo de vida mais longo, o que melhora o desempenho do sistema como um todo.

Melhores materiais de alumina também aumentam a resistência ao choque térmico das células de combustível. O choque térmico é o estresse mecânico causado por mudanças bruscas de temperatura. Essa propriedade é essencial para a produção de energia de hidrogênio a longo prazo. A alumina minimiza rachaduras e falhas repentinas. Sua estabilidade térmica inerente permite que as células de combustível funcionem de forma eficiente e confiável.

Conclusão

A alumina em células de combustível e energia de hidrogênio é um material de valor inestimável. Sua capacidade de resistir a altas temperaturas e a ataques químicos a torna adequada para esses sistemas. As cerâmicas de alumina se destacam muito bem em sistemas de energia de hidrogênio. Além disso, a alumina aprimorada torna as células de combustível de óxido sólido mais eficientes e de operação mais duradoura. Para obter mais cerâmicas avançadas, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).

Perguntas frequentes

F: Quais são as propriedades que tornam a alumina adequada para sistemas de hidrogênio?

P: A alumina tem excelente estabilidade térmica, baixa expansão térmica e boa resistência química.

F: Como a alumina aprimora as células de combustível de óxido sólido?

P: Ela oferece bom suporte, resistência a choques térmicos e integridade estrutural aprimorada.

F: A alumina é usada em todos os sistemas de energia de hidrogênio?

P: A alumina é usada nos ambientes de alta temperatura e quimicamente agressivos dos sistemas de hidrogênio.