پودر فلز زینتر شده برای عناصر فیلتر PEM با دقت بالا{{0}

الکترولیز آب غشای تبادل پروتون (PEM) یکی از کارآمدترین مسیرها برای تولید هیدروژن سبز است. در هسته یک الکترولیز PEM مجموعه ای از اجزای فیلتر دقیق - قرار دارد که باید محیط های اسیدی تهاجمی، فشارهای شدید و دینامیک سیال فوق- را به طور همزمان مدیریت کنند. زیربنای مادی که این امکان را فراهم می کند این استپودر فلز متخلخل.

انتخاب بستر پودری مناسب یک تصمیم آرایشی نیست. هر ویژگی عملکرد عنصر فیلتر نهایی را شکل می دهد، از یکنواختی منافذ گرفته تا یکپارچگی ساختاری بلندمدت-. این مقاله به این موضوع می پردازد که چرا انتخاب پودر اهمیت دارد، چه پارامترهایی منجر به نتایج می شوند و چگونه یک رویکرد سفارشی پتانسیل کامل اجزای فیلتر PEM را باز می کند.

چه چیزی پودر فلز پخته شده را برای فیلترهای{0}PEM با دقت بالا مناسب می‌کند؟

شرایطی که الکترولیزهای PEM در آن کار می کنند، اکثر مواد فیلتر رایج را تنها در چند ماه تجزیه می کند. طرف آند در مکان‌هایی است که بسیار واکنش‌پذیر هستند و آب جاری با pH پایین-. هیدروژن با خلوص بالا توسط سمت کاتد تحت فشار بالا حمل می شود. قرار دادن یک عنصر فیلتر در داخل این سیستم به این معنی است که مطمئن شوید زنگ نمی‌زند، به همان اندازه باقی می‌ماند و مقدار مناسبی از مایع را از خود عبور می‌دهد.

پودر فلز پخته شده این الزامات را برآورده می کند زیرا از ترکیب ذرات فلزی کوچک به یکدیگر برای ایجاد یک اسکلت سفت و منافذ باز- بدون استفاده از چسب یا چسب ساخته می شود. ساختار ساخته شده از نظر مکانیکی قوی است، با محیط های تهاجمی واکنش شیمیایی نشان نمی دهد و به طور مداوم با میلیون ها منافذ در هر سانتی متر مربع متخلخل است. پودر تیتانیوم، به ویژه، یک لایه اکسید بومی ایجاد می کند که از فلز پایه در برابر حملات الکتروشیمیایی بیشتر محافظت می کند. به همین دلیل، فیلترهای متخلخل متخلخل متخلخل مبتنی بر تیتانیوم محبوب‌ترین انتخاب برای اجزای آند PEM هستند.

چرا خلوص پودر مستقیماً بر طول عمر فیلتر تأثیر می گذارد؟

مقدار اکسیژن موجود در پودر تیتانیوم به طور مستقیم با چگونگی هدایت الکتریسیته توسط چارچوب پودری مرتبط است. وقتی سطح اکسیژن میان بافتی بالا باشد، مقاومت بالا می رود. این باعث گرمای موضعی در طول الکترولیز می شود و سایش مواد را سرعت می بخشد. مطالعات متالورژی پودر نشان داده است که پودرهای تیتانیوم با کمتر از 0.15 درصد وزنی اکسیژن ساختارهایی را می سازند که ذوب شده و مقاومت تماس کمتری دارند که می توان اندازه گیری کرد. همانطور که گفته شد، این تفاوت برای استفاده های PEM مفید است، جایی که حتی تلفات ولتاژ کوچک باعث تلفات بازده بزرگ در بسیاری از پشته ها می شود.

یکپارچگی ساختاری چرخه تحت فشار

رویدادهای فشار دیفرانسیل و فرآیندهای شروع{0}}توقف در الکترولیزهای PEM بسیار اتفاق می‌افتد. اسکلت ساخته شده ازپودر فلز متخلخلباید بتواند تنش های مکانیکی را بدون شکستن یا ورود ذرات به غشاء تحمل کند. پودر با فعالیت تف جوشی زیاد (مساحت سطح ریز و شیمی سطح پویا) باعث می شود که در هنگام سرد شدن و سفت شدن، گردن بین ذرات قوی تر شود.

یک اسکلت متراکم و خوب{0}}از حرکت ذرات جلوگیری می کند و غشای تبادل پروتون را تمیز نگه می دارد.

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

در این مورد، کلمه "-خلاصه بالا" معنای علمی خاصی دارد. وقتی صحبت از عناصر فیلتر متخلخل درجه PEM می‌شود، خلوص چیزی فراتر از ترکیب{3}} عناصر است. این شامل مقدار اکسیژن، ناخالصی های فلزی، شکل سطح و قوام از دسته ای به دسته دیگر است. همه این عوامل بر رفتار الکتروشیمیایی فیلتر نهایی تأثیر می گذارد.

پودرهای تیتانیوم مورد استفاده در تف جوشی فیلترهای PEM بالا معمولاً دارای سطوح خلوص 99.5٪ یا بالاتر هستند و میزان اکسیژن در هر لات تولیدی به دقت کنترل می شود. پودرهای مبتنی بر نیکل و فولاد ضد زنگ برای ساخت قطعات فیلتر برای مصارف مجاور که دمای عملیاتی آن بالاتر از حد مقاومت در برابر خوردگی تیتانیوم است، مانند الکترولیز بخار با دمای بالا یا سیستم‌های هیبریدی قلیایی استفاده می‌شود.

-پودر تیتانیوم اکسیژن کم و رسانایی در چارچوب‌های متخلخل

در داخل یک عنصر فیلتر PEM، ساختار تیتانیوم نازک نیز به عنوان جمع کننده جریان عمل می کند. برای رسیدن یا برگشتن به تماس غشایی، الکترون ها باید از ستون سینتر شده عبور کنند. هر گونه افزایش مقاومت توده ای، که می تواند توسط اکسیدهای موجود در پودر ایجاد شود، توزیع جریان را یکنواخت تر می کند و باعث ایجاد نقاط داغ می شود. پودر تیتانیوم ریز{3}}کم اکسیژن با ذراتی که معمولاً اندازه آنها بین 10 تا 45 میکرومتر است، مشخصات رسانایی مورد نیاز برای عملکرد طولانی‌مدت ایمن را ارائه می‌کند. NAVI Titanium پودر تیتانیوم را با سطح دقیق اکسیژن کنترل شده به فروش می رساند. این به سازندگان فیلتر اجازه می دهد تا الزامات رسانایی تعیین شده توسط توسعه دهندگان برتر الکترولیز را برآورده کنند.

گزینه‌های مبتنی بر نیکل{0} و فولاد ضد زنگ برای شرایط کاری متنوع

طراحی PEM در همه سیستم های هیدروژنی استفاده نمی شود. برخی از راه‌اندازی‌های{1}}در دمای بالا و الکترولیزهای قلیایی به مواد فیلتری نیاز دارند که با طیف وسیع‌تری از مواد شیمیایی سازگار باشند. پودر متخلخل بر پایه نیکل{3}}در مقاومت در برابر محیط های قلیایی بسیار خوب است.

و پودر فولاد ضد زنگ آستنیتی روشی ارزان برای ساختن بستری برای مراحل فیلتر{0}}با بحرانی کمتر است. برای شروع طراحی مسئولانه فیلتر، خانواده پودر مناسب باید برای هر موقعیت کاری انتخاب شود.

اندازه ذرات پودر فلز متخلخل برای منافذ فیلتر PEM کنترل شده

توزیع اندازه ذرات ممکن است مهمترین عامل در تعیین ساختار منافذ یک فیلتر فلزی متخلخل متخلخل متخلخل باشد. متوسط ​​قطر منافذ یک ساختار فلزی جامد به گونه ای افزایش یا کاهش می یابد که با اندازه متوسط ​​ذرات سازگار باشد. عرض توزیع اندازه منافذ برابر با وسعت توزیع اندازه ذرات است. به عبارت دیگر، اندازه ذرات پودر عامل مهندسی اصلی است که تعیین می کند فیلتراسیون چقدر خوب عمل می کند.

چگونه توزیع اندازه ذرات معماری منافذ را شکل می دهد

محدوده کوچکی از اندازه ذرات شبکه ای محکم و یکنواخت از منافذ ایجاد می کند که برای استفاده هایی که هر بار نیاز به گرفتن دقیق دارند، عالی است. گسترش بزرگتر باعث می شود طیف وسیع تری از قطر منافذ ایجاد شود، که ممکن است شار را بهبود بخشد، اما اندازه{1}}استخراج را کمتر دقیق می کند. توزیع اندازه ذرات محکم برای عناصر فیلتر PEM با مشخصات نقطه حباب و رتبه بندی های رهگیری به صورت قراردادی ضروری است. طراحان فیلتر می‌توانند ویژگی‌های منافذ نهایی پودرها را با مقادیر d10، d50 و d90 به‌خوبی مستند شده قبل از اولین اجرای پخت حدس بزنند.

ساختارهای گرادیان از طریق درشت-ترکیب پودری ریز

با اختلاط دقیق پودرهایی با اندازه های مختلف، سازندگان می توانند ساختارهای فیلتر گرادیان را بسازند. اینها لایه هایی با افزایش منافذ کوچکتر از بیرون به داخل لایه تماس غشا هستند. این طرح شامل یک منطقه درشت قبل از فیلتر{3}}است که ابتدا ذرات بزرگتر را از بین می برد و لایه داخلی دقیق را کمتر آلوده می کند. برای اینکه منطق مرکب کار کند، باید اطلاعات زیادی در مورد چگونگی جمع شدن هر کسر پودری و تشکیل گردن در حین تف جوشی بدانید.

چگونه پودر فلز متخلخل از فیلتراسیون دقیق و انتقال سیال پشتیبانی می کند

اینکه یک سیستم PEM چقدر خوب فیلتر می‌کند به چیزی بیش از آنچه که مسدود می‌کند بستگی دارد. همچنین بستگی به این دارد که چگونه گاز و آب در اسکلت متخلخل حرکت می کنند. ویژگی های پایه پودری چیزی است که مقاومت جریان، نحوه تشکیل حباب ها و افت فشار در سراسر عنصر فیلتر را توضیح می دهد.

تخلخل، شار، و نقش درجه بندی پودر

مجموع تخلخل باز یک عنصر فیلتر فلزی که ذوب شده است بستگی به این دارد که ذرات در طول شکل گیری بدن سبز چقدر با هم بسته شده اند. پس از تف جوشی، حجم خالی را می توان با تغییر نسبت دانه بندی، که ترکیبی از پودرهای درشت، متوسط ​​و ریز به نسبت معینی است، تغییر داد. منافذ بازتر جریان جرم بیشتری را امکان پذیر می کنند، اما مواد را به صورت مکانیکی ضعیف می کنند. بهینه‌سازی درجه‌بندی پودر به مهندسان امکان می‌دهد این انتخاب را به دقت تنظیم کنند و عناصر فیلتری را بسازند که مقادیر مناسبی از گاز و آب را بدون کاهش دوام سازه در فشار کاری کامل، از خود عبور دهند.

ثبات دسته ای و ثبات تولید

پروژه‌های{0}}هیدروژن سبز در مقیاس بزرگ به عناصر فیلتر زیادی نیاز دارند که استرس زیادی را بر زنجیره تأمین وارد می‌کند. سازگاری از دسته ای به دسته ای دیگرپودر فلز متخلخلکه به معنی توزیع پایدار اندازه ذرات، خلوص و فعالیت تف جوشی در کلت های تولیدی است، چیزی است که کیفیت عنصر فیلتر را قابل تکرار می کند. تغییرات در اندازه منافذ، تخلخل و استحکام مکانیکی ناشی از پودری است که همیشه یکسان نیست.

این به‌عنوان تفاوت‌هایی در نحوه عملکرد گروه‌های مختلف فیلترهای نهایی نشان می‌دهد. برای مدیران پروژه که مطمئن می‌شوند قطعات فیلتر تست‌های پذیرش سخت‌گیرانه را پشت سر می‌گذارند، پایداری دسته پودر یکی از مهم‌ترین چیزهایی است که در یک تامین‌کننده به دنبال آن هستند.

بهینه سازی عناصر فیلتر PEM از طریق انتخاب پودر فلز متخلخل

یک عنصر فیلتر PEM خوب فقط از یک نوع ماده ساخته نمی شود. این نتیجه یک استراتژی خوب اندیشیده شده برای انتخاب پودر مناسب برای کار با در نظر گرفتن همزمان محیط عملیاتی، اهداف عملکرد و هزینه تولید است.

تطبیق مشخصات پودر با بحرانی بودن کاربرد

عناصر فیلتر الکترولیتی PEM با دقت بالا به پودر تیتانیوم نیاز دارند که بسیار خالص است، اکسیژن کمی دارد، اندازه ذرات به خوبی کنترل می‌شود و نشان داده شده است که زینتر می‌شود. در تعادل--سیستم‌های کارخانه، مراحل فیلتر همه منظوره ممکن است بتواند پودر فولاد ضد زنگ استاندارد- را که هزینه کمتری دارد، کنترل کند. به جای استفاده از مواد یکسان برای همه قسمت ها، تطبیق هر سطح کاربرد با یک پودر خاص بهترین راه برای به دست آوردن بهترین هزینه{8} و کارایی برای کل سیستم است.

کاهش هزینه‌های طولانی‌مدت- از طریق سیستم‌های پودر سفارشی

طراحی دقیق نسبت پودر، عمر مفید عناصر فیلتر را با کاهش سطوح تنش داخلی و جلوگیری از تخریب سوراخ در طول زمان افزایش می دهد. زیرلایه های پودری با خلوص بالا، احتمال رسیدن آلودگی یونی به غشای تبادل پروتون را کاهش می دهند. این امر تعداد دفعاتی که پشته الکترولیز باید خارج از ساعات عادی سرویس شود را کاهش می دهد. با افزایش اندازه پروژه هیدروژن سبز به گیگاوات،

مزایای بلندمدت-یک سیستم پودری با طراحی خوب- برای امور مالی پروژه مهم است. این مزایا را می توان از نظر تعویض فیلتر کمتر و راندمان بالای پشته اندازه گیری کرد.

نتیجه گیری

پودر فلز متخلخلعامل اولیه ای است که تصمیم می گیرد که آیا یک عنصر فیلتر PEM در طول چندین سال کار دشوار الکترولایزر به طور قابل اعتماد عمل کند یا خیر. خلوص پودر، توزیع اندازه ذرات، نسبت درجه بندی و یکنواختی دسته ای الزامات اضافی نیستند. آنها عوامل طراحی هستند که ساختار منافذ، توانایی آنها برای هدایت الکتریسیته، استحکام کششی آنها و اینکه چگونه فرآیند تولید می تواند تکرار شود را تعیین می کند. ساده ترین راه برای به دست آوردن عناصر فیلتری که نیازهای دقیق سیستم های انرژی هیدروژنی فعلی را برآورده می کنند، خرید پایه های پودری با کیفیت بالا است که برای آن استفاده خاص ساخته شده اند.

شراکت با NAVI Titanium - تامین کننده پودر فلز متخلخل مورد اعتماد شما برای کاربردهای فیلتر PEM

NAVI Titanium Metal Technology Co., Ltd. پودر تیتانیوم با خلوص بالا- با سطح اکسیژن پایین و محصولات ویژه می فروشد.پودر فلز متخلخلسیستم هایی که برای کار با عناصر فیلتر الکترولیز PEM ساخته شده اند. NAVI Titanium به عنوان یک تامین کننده پودر فلز پخته شده حرفه ای، کنترل دقیقی بر اندازه ذرات، مدیریت دقیق محتوای اکسیژن و قوام پایدار از دسته ای به دسته دیگر ارائه می دهد. اینها سه موردی است که تولیدکنندگان جدی فیلتر به آن نیاز دارند. تیم متخصص NAVI Titanium آماده است تا مشخصات پودری متناسب با نیاز شما بسازد، چه در حال راه اندازی یک پروژه آزمایشی باشید و چه به دنبال پودر برای تولید هیدروژن سبز در سطح گیگاوات{3}}. فوراً با ما تماس بگیرید تا اولین گام را به سمت یک عنصر فیلتر PEM بردارید که بهتر کار می کند و دوام بیشتری دارد.

تماس با ما: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. آلمانی، RM (1996). تئوری و عمل پخت. وایلی{6}}اینترساینس، نیویورک.

3. Ito, H., Maeda, T., Nakano, A., & Takenaka, H. (2011). خواص غشاهای Nafion تحت شرایط الکترولیز آب PEM. مجله بین المللی انرژی هیدروژن، 36 (17)، 10527-10540.

4. Leroy, RL (1983). الکترولیز آب صنعتی: حال و آینده مجله بین المللی انرژی هیدروژن، 8 (6)، 401-417.

5. اسمولیکا، تی، اوجونگ، ای تی و لیکرت، تی (2016). اصول الکترولیز آب PEM در الکترولیز PEM برای تولید هیدروژن: اصول و کاربردها. CRC Press، بوکا راتون.

6. Thieme, M., & Wieters, KP (1999). پوشش هیدروکسی آپاتیت روی سطوح تیتانیوم با پاشش پلاسما القایی و خصوصیات آن مجله علم مواد: مواد در پزشکی، 10(8)، 491-496. (به رفتار اکسید سطحی تیتانیوم و متدولوژی خصوصیات تیتانیوم متخلخل متخلخل اشاره شده است.)