پودر فلز متخلخل: انتخاب تیتانیوم برای فیلترهای PEM

هنگامی که مهندسان و تیم های تدارکاتی به دنبال مواد قابل اعتماد برای ساخت اجزای فیلتر الکترولیز آب PEM (غشاء تبادل پروتون) می گردند، انتخاب پودر بستر بیش از آن چیزی است که اکثر مردم متوجه می شوند. پودر اشتباه منجر به ناهماهنگی منافذ، از دست دادن رسانایی و خرابی زودرس اجزا می شود. پودر مناسب - به ویژه بر پایه تیتانیوم-پودر فلز متخلخل- به عناصر فیلتر یکپارچگی ساختاری و پایداری الکتروشیمیایی که تولید هیدروژن سبز نیاز دارد می‌دهد.

این راهنما در مورد مواردی که پودر تیتانیوم را به انتخاب ترجیحی تبدیل می‌کند، چگونگی تأثیر خلوص و محتوای اکسیژن بر عملکرد واقعی{0}} و آنچه باید هنگام انتخاب یک تامین‌کننده پودر فلز متخلخل برای کاربردهای فیلتر PEM به دنبال آن باشید، توضیح می‌دهد.

چرا پودر فلز پخته شده بر اساس تیتانیوم را برای فیلترهای PEM انتخاب کنید؟

تناسب طبیعی تیتانیوم برای محیط های الکتروشیمیایی

تیتانیوم به طور طبیعی برای مکان هایی با برق و مواد شیمیایی خوب است. اکثر فلزات در الکترولیزهای PEM به سرعت تجزیه می شوند زیرا در شرایط اسیدی و بسیار مرطوب کار می کنند. تیتانیوم منحصر به فرد است زیرا یک لایه غیرفعال اکسید جامد ایجاد می کند که حتی زمانی که پتانسیل آندی بسیار زیاد است حل نمی شود. هنگامی که این ماده{3}مقاوم در برابر خوردگی به عنوان پایه پودر فلز متخلخل استفاده می شود، به طور مستقیم به عمر طولانی تر قطعات فیلتر متخلخل منجر می شود. طبق مطالعه‌ای که توسط وزارت انرژی ایالات متحده منتشر شد، لایه‌های انتقال متخلخل تیتانیوم در آزمایش‌های الکترولیز طولانی مدت PEM بهتر از همتایان فولاد ضدزنگ عمل می‌کنند، به‌ویژه وقتی صحبت از حفظ مقاومت تماس پایین در طول هزاران ساعت استفاده می‌شود.

مزایای ساختاری در مقایسه با پودرهای جایگزین

پودرهای فلزی ساخته شده از نیکل و فولاد ضد زنگ در سایر مصارف فیلتر صنعتی مفید هستند، اما به دلیل محدودیت هایی که دارند نمی توان از آنها در سیستم های PEM استفاده کرد.

در محیط های اسیدی، نیکل می تواند یون ها را شسته، که می تواند غشاء را آلوده کند و کارایی پشته را کاهش دهد. اگرچه فولاد ضد زنگ ارزان‌تر است، اما مقاومت آند آند سلول PEM در برابر اکسیداسیون را ندارد. هر دوی این مشکلات نمی توانند با پودر فلز متخلخل مبتنی بر تیتانیوم- رخ دهند. اسکلت متخلخل ذوب شده آن استحکام مکانیکی خود را حفظ می کند و در عین حال اجازه می دهد آب و گاز به طور موثرتری در آن حرکت کنند. این تعادلی است که پودرهای دیگر به ندرت در یک پنجره کاری به دست می آورند.

پودر فلز پخته شده با خلوص بالا{{0} برای ساختارهای فیلتر PEM

سطوح خلوص واقعاً چه معنایی برای عملکرد فیلتر دارند

خلوص پودر یک اصطلاح بازاریابی نیست. این یک ویژگی قابل اندازه گیری است که تأثیر مستقیمی بر کیفیت عنصر فیلتر دارد. پودر تیتانیوم مورد استفاده در عناصر فیلتر الکترولیتی PEM سطح بالا معمولاً تا سطح خلوص بالاتر از 99.5٪ تمیز می شود، با محدودیت های محدود برای مقادیر کمی آهن، سیلیکون و کربن که می توانند سمی باشند. این عیوب نه تنها باعث می شود که مواد در برابر خوردگی مقاومت کمتری داشته باشند، بلکه اسکلت متخلخل را نیز در برخی مکان ها منظم تر می کنند. از آنجایی که منافذ همه به یک اندازه نیستند، افت فشار در سطح فیلتر متفاوت است. این کار جریان را کمتر کارآمد می کند و خطر تنش موضعی غشاء را افزایش می دهد.

معماری منفذ یکنواخت از طریق انتخاب پودر کنترل شده

دمای تف جوشی یا نیروی فشار به تنهایی اندازه منافذ را در صفحه فلز متخلخل متخلخل تعیین نمی کند. شکل مکان های خالی بین ذرات پودر پس از تف جوشی با توزیع اندازه ذرات تعیین می شود.

NAVI Titanium پودر تیتانیوم با خلوص{0} بالا را ارائه می‌کند که در محدوده اندازه ذرات خاص کالیبره شده است. این اجازه می دهد تا منافذ دارای قطری بین 5 میکرومتر تا 80 میکرومتر، بسته به نیاز برنامه، باشند. هنگامی که اندازه ذرات به طور یکنواخت پخش می شوند، ساختارهای منفذی یکنواخت تر می شوند. این به طور مستقیم دقت رهگیری و کارآیی جداسازی گاز{6}}مایع در داخل یک پشته PEM را بهبود می‌بخشد.

پودر فلز زینتر شده با اکسیژن کم برای رسانایی فیلتر پایدار

چرا محتوای اکسیژن در پودر به طور مستقیم بر عملکرد الکتریکی تأثیر می گذارد؟

یکی از عوامل فراموش شده در تولید عناصر فیلتر متخلخل، آلودگی اکسیژن در پودر تیتانیوم است. حتی افزایش اندک در محتوای اکسیژن به ایجاد فازهای اکسید تیتانیوم در داخل اسکلت پودری کمک می کند که مقاومت الکتریکی عمده را بالاتر می برد. این در الکترولیز PEM بسیار مهم است زیرا هر میلی اهم مقاومت تماسی به معنای از دست دادن انرژی قابل اندازه گیری است. پودر تیتانیوم با اکسیژن کم{3} از NAVI Titanium در یک فضای کنترل شده ساخته شده است تا محتوای اکسیژن را در سطحی نگه دارد که با فریم های متخلخل با رسانایی بالا کار کند. در نتیجه، الفپودر فلز متخلخلبستری ساخته شده است که امکان انتقال الکترون پایدار در طول عمر فیلتر را فراهم می کند.

حفظ ثبات رسانایی در سرتاسر دسته‌های تولید

رسانایی تنها زمانی مفید است که از یک دسته از محصولات به دسته دیگر ثابت بماند. تغییرات اکسیژن از دسته ای به دسته دیگر در پودر تیتانیوم استاندارد- باعث تغییرات مقاومتی می شود که نظارت بر کیفیت را برای سازندگان فیلتر دشوارتر می کند.

NAVI Titanium با بررسی دقیق پودر ورودی و نگهداری سوابق مربوط به هر دسته با این موضوع مقابله می کند. قبل از استفاده در تولید، هر دسته از پودر فلز پخته شده باید سطوح خاصی از اکسیژن را داشته باشد. این اطمینان حاصل می کند که عناصر فیلتر متخلخل ساخته شده از آن پودر عملکرد الکتریکی قابل اعتمادی دارند، چیزی که پروژه های هیدروژن سبز در مقیاس بزرگ نمی توانند از آن صرف نظر کنند.

چگونه پودر فلز متخلخل از مقاومت در برابر خوردگی در فیلترهای PEM پشتیبانی می کند

پیوند بین ترکیب پودر و پایداری طولانی مدت-

مقاومت در برابر خوردگی در یک فیلتر فلزی متخلخل متخلخل تنها یک ویژگی ماده نیست. همچنین نتیجه نحوه مخلوط شدن پودر، نحوه گرم شدن آن و ساختار منافذ است. پودر تیتانیوم با عناصر آلیاژی کنترل‌شده و لکه‌های اکسیدی اندک به اسکلتی تبدیل می‌شود که در آن محدودیت‌های دانه نمی‌تواند توسط برق یا مواد شیمیایی شکسته شود. مطالعات انجام شده در مکان‌هایی مانند موسسه Fraunhofer برای سیستم‌های انرژی خورشیدی نشان داده‌اند که قطعات تیتانیوم متخلخل، شیمی سطح خود را در شرایط آند PEM شبیه‌سازی شده برای زمان‌های تماس چند هزار ساعته ثابت نگه می‌دارند. این موضوع باعث می‌شود که پودری با خلوص- قوی‌تر انتخاب شود.

کاهش سایش تجهیزات از طریق کیفیت بستر

یک عنصر فیلتری که خورده می‌شود نه تنها کار نمی‌کند، بلکه به ذرات و یون‌هایی اجازه می‌دهد که قطعات غشاء و لایه‌های کاتالیزور را در تمام طول پشته PEM فرسوده کنند.

اگر اکسید-با خلوص، کم- را انتخاب کنیدپودر فلز متخلخلبستر، آلودگی مربوط به خوردگی{0}}از جایی که شروع می‌شود کمتر اتفاق می‌افتد. این تصمیم مهم اتخاذ شده در بالادست، زمان بین خدمات برای قطعات پایین دست را افزایش می دهد، که هزینه کل مراقبت از سیستم را در طول عمر یک کارخانه تولید هیدروژن کاهش می دهد.

انتخاب پودر فلز پخته شده برای عملکرد قابل اعتماد فیلتر PEM

تطبیق مشخصات پودر با شرایط عملیاتی

کاربردهای مختلف PEM به استاندارد پودر دقیقاً مشابهی نیاز ندارد. هنگامی که عناصر فیلتر الکترولیتی با دقت بالا در چگالی جریان بالا کار می کنند، به سخت ترین کنترل ها برای اکسیژن و خلوص نیاز دارند. هنگامی که از دماهای بالا و فشارهای بالا برای ساخت قطعات فیلتر استفاده می شود، چگالی اسکلت و استحکام مکانیکی بیشترین اهمیت را دارد. این کار با استفاده از نسبت های دانه بندی پودری خاص که اتصال ذرات را در حین پخت تا حد ممکن قوی می کند انجام می شود. ترکیب‌های اندازه ذرات تطبیقی ​​ممکن است به اجرای فیلترهای تولید جرم عمومی کمک کند تا نیاز به عملکرد و نیاز به مقرون به صرفه بودن را متعادل کند. NAVI Titanium استانداردهای سازگاری پودر سفارشی را برای هر سه گروه ارائه می دهد. به جای استفاده از یک روش-یک اندازه{10}}براساس{11}}همه، مشخصات پودر مطابق با نیازهای فردی هر محیط کاری تنظیم می‌شود.

پودر درجه بندی و طراحی عنصر فیلتر گرادیان

برای مخلوط کردن کسرهای پودر تیتانیوم درشت و ریز دقت زیادی لازم است.

اسکلت بار اصلی-از ذرات درشت تشکیل شده است و فضاهای بینابینی با ذرات ریز پر می‌شوند تا تخلخل را کنترل کرده و تشکیل گردن‌های تف جوشی را تسریع کنند. این منطق درجه بندی به ساختارهای عنصر فیلتر گرادیان اجازه می دهد زمانی که به طور هدفمند روی هم چیده شوند. اینها قسمت هایی هستند که با نازک شدن عنصر، اندازه سوراخ از بزرگ به کوچک تغییر می کند. طراحی های گرادیان، جذب ذرات را بدون کاهش شار موثرتر می کند. تیم مهندسی NAVI Titanium با سازندگان فیلتر برای ایجاد فرمول‌های درجه‌بندی پودری کار می‌کند که اهداف عملکرد فیلتراسیون خاصی را برآورده می‌کند. این فرمول ها هم به ساخت نمونه های اولیه کمک می کند و هم به اطمینان از اینکه دسته های بزرگی از محصولات به طور مداوم ساخته می شوند.

نتیجه گیری

بر پایه تیتانیوم-پودر فلز متخلخلبهترین پایه برای عناصر فیلتر PEM است که باید به طور مداوم در شرایط سخت الکتروشیمیایی و خورنده کار کنند. خلوص، سطح اکسیژن، توزیع اندازه ذرات و پایداری دسته‌ای عوامل اضافی نیستند که باید در مورد آنها فکر کنیم. آنها هستند که تصمیم می گیرند که آیا یک عنصر فیلتر تمام شده مطابق انتظار عمل می کند یا خیر. NAVI Titanium دارای سیستم‌های پودری تخصصی، گزینه‌های سفارشی‌سازی و دانش فنی است-چگونه می‌تواند به هر اندازه کسب‌وکاری در ساخت فیلترهای متخلخل متخلخل{3}}با کیفیت بالا کمک کند.

NAVI Titanium را به عنوان تامین کننده پودر فلز متخلخل مورد اعتماد خود انتخاب کنید

NAVI Titanium مبتنی بر-تیتانیوم مهندسی شده ارائه می‌دهدپودر فلز متخلخلراه حل هایی که برای کار با فیلترهای PEM سخت ساخته شده اند. NAVI Titanium به تولیدکنندگان فیلتر مواد ثابت و پشتیبانی فنی را که برای رشد مطمئن نیاز دارند، می دهد. فرمولاسیون پودر اکسیژن با خلوص بالا-کم-، ساختارهای منافذ قابل تنظیم از 5 تا 80 میکرومتر و قابلیت ردیابی دسته ای مستند این امکان را برای آنها فراهم می کند. ما می‌توانیم به شما در رفع نیازهایتان کمک کنیم، چه در حال ساختن نسل بعدی پشته‌های الکترولیز PEM هستید و چه پودر جامد برای تولید انبوه که در حال حاضر در حال انجام است، پیدا کنید. NAVI Titanium به عنوان تنها ارائه‌دهنده پودر فلز متخلخل، دانش مواد را با دانش نحوه استفاده از آن برای کاهش هزینه‌های تولید و افزایش عمر فیلترها ترکیب می‌کند.

امروز تماس بگیرید:sales@navititanium.com.

مراجع

1. Carmo, M., Fritz, DL, Mergel, J., & Stolten, D. (2013). بررسی جامع الکترولیز آب PEM مجله بین المللی انرژی هیدروژن، 38 (12)، 4901-4934.

2. وزارت انرژی ایالات متحده، دفتر فناوری های هیدروژن و سلول سوختی. (2022). شات هیدروژن: مسیرهایی برای کاهش هزینه 2030. دفتر بهره وری انرژی و انرژی های تجدیدپذیر.

3. Grigoriev, SA, Millet, P., & Fateev, VN (2008). ارزیابی نانوذرات کربن-پاتید و پالادیم برای واکنش تکامل هیدروژن در الکترولیزهای آب PEM. مجله منابع قدرت، 177 (2)، 281-285.

4. موسسه Fraunhofer برای سیستم های انرژی خورشیدی ISE. (2021). مکانیسم های تخریب در الکترولیز PEM: پایداری مواد و اجزاء. سری گزارش های فنی داخلی

5. اسمولینکا، تی.، گونتر، ام.، و گارچه، جی (2011). اکنون-مطالعه: Stand und Entwicklungspotenzial der Wasserelektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff. Fraunhofer ISE/FCBAT.

6. Ayers, KE, Anderson, EB, Capuano, C., Carter, B., Dalton, L., Hanlon, G., Manco, J., & Niedzwiecki, M. (2010). تحقیقات به سمت الکترولیز PEM کم هزینه و با راندمان بالا پیش می رود. معاملات ECS، 33 (1)، 3-15.