HYP3D项目采用陶瓷3D打印生产高压氢气

2023年10月，南极熊获悉，HyP3D项目宣布在利用3D打印技术生产高压氢气方面取得突破。  HyP3D项目由 Horizo​​n Europe资助，法国 3D 打印 OEM 和服务机构3DCeram参与了这个项目，旨在展示颠覆性高压固体氧化物电解池 (SOEC) 技术的可行性。

HyP3D 将该技术与先进陶瓷 3D 打印相结合，以实现高压氢气的高效、可持续生产。 Ceram3D 表示：“通过这一突破性的 HyP3D 计划，能源行业见证了 3D 打印技术与氢创新的融合，推动世界迈向更加可持续的能源未来。”  


△固体氧化物电解池图

HyP3D 是 Horizo​​n Europe 的一个项目，致力于通过使用先进陶瓷 3D 打印来实现高压氢气生产，从而推进固体氧化物电解槽 (SOEC) 技术。传统上，固体氧化物电解仅限于大气压操作，但 HyP3D 旨在通过提供改变游戏规则的高压电解 SOEC 堆栈来克服这一限制，而无需压力容器或外壳。HyP3D 基于具有嵌入式功能和增强型表面改性密封剂的独特 3D 打印波纹单元所实现的突破性概念。通过开发 HyP3D 电堆，该项目旨在为高效、紧凑且经济高效的加压氢气生产铺平道路，其应用包括燃气网注入（电转气）或高压氢气储存等应用。

使用 3D 打印高压制氢
HyP3D 项目的核心是创建紧凑的高压独立 SOEC 电堆，可以将电力转化为压缩氢气。HyP3D 利用 3D 打印 SOEC 电池来实现这一目标，这些电池拥有 70平方厘米的大活性面积、嵌入式功能以及在 850°C 和 5+ bar 压力条件下以超过 0.90A/cm 2 (~1.3V)的高密度产生氢气的能力。

这种新颖的增材制造方法是传统陶瓷 SOEC 加工的“范式转变”。据报道，3D 打印的超高功率密度 SOEC 堆栈在紧凑的 630 cm 3体积内提供 2.14kW 的功率输出，这意味着每单位体积的比功率增加了三倍，达到 3.4kW，每单位质量的比功率增加了四倍，达到 1.10 kW/kg，这些功能超过了任何现有的基准。     


△3D 打印 SOEC 电池

HyP3D：协作努力
3DCerams 在 HyP3D 工作计划和方法中的作用涵盖 3D 打印原料、3D 打印参数和热处理。 3DCeram 使用市售的 YSZ 粉末来配制用于 SLA 3D 打印的专用浆料。该团队目前正在探索流变行为并进行 3D 打印测试。此外，该公司正在努力设计最佳的 3D 打印程序，旨在生产反映最终细胞尺寸的复杂形状零件。  

3DCeram 将利用其最新的半自动陶瓷 3D 打印机C1000 Flexmatic来实现这些目标。C1000 拥有 320 x 320 毫米构建平台和两个激光器，被誉为具有大规模 3D 打印目标的工业客户的理想选择。C1000 还配备了一个材料回收站，提高了自动化程度并减少了浪费。3DCeram 声称：“C1000 FLEXMATIC 提供的工业化可能性对于项目的成功完成至关重要。”

3DCeram 还与加泰罗尼亚能源研究所IREC合作，制定最佳 3D 打印策略，以确保可靠性并最大限度地提高产量。与传统制造工艺相比，可以推动氢经济、缩短上市时间、减少 76% 原材料消耗以及将初始投资减少 42% 。氢气生产系统专家H2B2也作为 HyP3D 项目的一部分进行合作。据称，这家总部位于塞维利亚的公司凭借其能源效率专业知识“提升了项目的成功”。事实上，据报道，该公司拥有的生产试验线简化了 HyP3D 电池的生产。  


△C1000 Flexmatic 3D 打印机和回收站

陶瓷3D打印的发展
这并不是 3DCeram 第一次因其陶瓷 3D 打印专业知识而受到青睐。2023年初，3DCeram被选为法国太空推进器制造商ThurstMe的官方供应商。通过此次合作，ThrustMe 旨在挖掘3D 打印陶瓷在航空航天应用中的潜力。该公司声称，由于其高性能材料特性，陶瓷提供了比传统材料更紧凑、更高效、更可靠的解决方案。     

ThrustMe 产品经理 Elena Zorzolli Rossi 解释道：“一些组件暴露在化学活性等离子体环境中的高温下，需要具有出色耐热性和耐化学性的材料，陶瓷因其卓越的热稳定性和化学稳定性而成为这方面最合适的选择。

2022年，康奈尔大学宣布与初创公司Dimensional Energy和奥地利陶瓷 3D 打印公司Lithoz一起获得拨款，用于开发可用于 3D 打印清洁能源反应堆部件的新型陶瓷。 在筹集了 50,000 美元的资金后，这些公司的研究人员致力于开发一种新型陶瓷，可以承受热催化反应器运行中的高温。该团队声称，利用 3D 打印和计算机建模，可以将这种材料分层成结构，专门设计用于提高弹性和反应器二氧化碳转化率。