پودر فلز متخلخل برای فیلترهای PEM: انتخاب پودر تیتانیوم با خلوص بالا

در شرایط بسیار اسیدی، الکترولیزهای آب PEM آب را به صورت الکتروشیمیایی برای تولید هیدروژن تقسیم می کنند. ساختارهای فیلتر متخلخل باید قوی بمانند، حتی اگر دائماً در معرض آب اسیدی و لایه‌های پلیمری که پروتون‌ها را حمل می‌کنند، قرار بگیرند. پودر تیتانیوم با خلوص بالا وقتی به درستی پخته شود، شبکه‌هایی از منافذ ایجاد می‌کند که به هم متصل می‌شوند و به راحتی با مواد شیمیایی تجزیه نمی‌شوند. هنگامی که انواع با خلوص کمتر ناخالصی‌های زیادی داشته باشند، سریع‌تر زنگ می‌زنند، که باعث ایجاد نقص‌های کوچکی می‌شود که فیلتراسیون را دقیق‌تر و ساختار را پایدارتر می‌کند. وقتی آهن، کربن یا سایر آلاینده‌ها وجود دارند، می‌توانند سلول‌های خوردگی موضعی را شروع کنند که در طول زمان چارچوب فیلتر را ضعیف می‌کند.

میزان خالص بودن هیدروژنی که ساخته می‌شود تأثیر مستقیمی بر استفاده‌های بعدی دارد، به‌ویژه سیستم‌های پیل سوختی که به آلودگی بسیار حساس هستند. ذرات فلز، اکسیدها و سایر ناخالصی ها می توانند از طریق عناصر فیلتری که از مواد ضعیف ساخته شده اند وارد جریان هیدروژن شوند.پودر فلز متخلخل. پودر تیتانیوم با خلوص بالا با خلاص شدن از شر منابع آلودگی که ممکن است در خود سیستم فیلتر باشد، خطر آلودگی را کاهش می دهد. کنترل آلودگی به‌ویژه برای پروژه‌های هیدروژن سبز که هدفشان استفاده از آن در مصارف متحرک است، مهم است، زیرا ناخالصی‌ها می‌توانند به سلول‌های سوختی آسیب برسانند و تأثیر زیادی بر دوام و دوام خودرو دارند.

یکی از مهمترین عوامل موثر بر عملکرد ساختارهای فیلتر فلزی متخلخل در تنظیمات الکتروشیمیایی، میزان اکسیژن موجود است. پودر تیتانیوم استاندارد ممکن است بین 0.15 تا 0.30 درصد اکسیژن داشته باشد که لایه‌های اکسید غیرفعال را تشکیل می‌دهد که باعث می‌شود مواد رسانایی کمتری داشته باشند. انواع کم اکسیژن که سطح اکسیژن را زیر 0.12% نگه می دارند، رسانایی بسیار بهتری دارند و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی را حفظ می کنند. این کاهش اکسیژن نیاز به پردازش خاصی مانند بازپخت خلاء دارد تا از اکسیدهای سطحی خلاص شود بدون اینکه تغییری در نحوه کار با پودر ایجاد شود. هنگامی که پودر اکسیژن کم-خرید می‌کنید، تفاوت قابل‌توجهی در نحوه عملکرد-راه‌اندازی‌های PEM در مقیاس بزرگ ایجاد می‌کند، جایی که مقاومت اضافه شده از بسیاری از پشته‌های سلولی بر عملکرد کل سیستم تأثیر می‌گذارد.

ذرات پودر تیتانیوم در طی فرآیندهای تف جوشی حرارتی از طریق انتشار حالت جامد- می گذرد، که پیوندهای متالورژیکی را در محل تماس ذرات تشکیل می دهد. این نواحی گردنی به سازه استحکام مکانیکی می دهند و در عین حال تخلخل سازه را حفظ می کنند. بین 1150 درجه و 1300 درجه حرارت تف جوشی خوبی است، زیرا به تحرک اتمی کافی برای تشکیل گردن قوی اجازه می دهد بدون اینکه مواد خیلی متراکم شوند، که نیاز به حجم منافذ را از بین می برد. اتمسفر سینترینگ نیز تاثیر زیادی در کیفیت نتیجه دارد. شرایط خلاء یا گاز محافظ اکسیداسیون را متوقف می کند، که پیوندهای بین ذرات را می شکند. هنگامی که تیتانیوم به درستی زینتر شود، می تواند استحکام خمشی بیش از 300 مگاپاسکال داشته باشد در حالی که همچنان دارای تخلخل 30 تا 40 درصد است. این به ساختار استحکام و توانایی فیلتر می دهد.

عملکرد عنصر فیلتر را می توان تکرار کرد زیرا ویژگی های پودر فلز پخته شده از دسته ای به دسته دیگر یکسان است. تامین کنندگان پودر که از روش های کنترل کیفیت دقیق پیروی می کنند، موادی را ارائه می دهند که به روشی قابل پیش بینی پخته می شوند. این به سازندگان اجازه می دهد تا تلورانس های محدودی را در مورد توزیع اندازه منافذ، نفوذپذیری و استحکام مکانیکی حفظ کنند. کارخانه‌های پودر مدرن از کنترل فرآیند آماری، ردیابی مداوم فرآیند و روش‌های آزمایش کامل استفاده می‌کنند تا مطمئن شوند که هر قطعه خروجی دارای ترکیب شیمیایی مناسب، توزیع اندازه ذرات، چگالی ظاهری و ویژگی‌های جریان است. این سازگاری به ویژه برای پروژه‌های بزرگ هیدروژن سبز که به صدها یا هزاران عنصر فیلتر یکسان نیاز دارند و طبق برنامه‌ریزی تضمین شده است، مفید است.

جریان پذیری پودر بر تمام مراحل ساخت یک عنصر فیلتر، از یکنواختی پر کردن قالب تا سیستم های تغذیه خودکار، تأثیر می گذارد. پودرهای روان{1} آزاد به طور مساوی در داخل ابزارهای پرس پخش می شوند و تراکم سبز را حتی زمانی که شکل ها پیچیده هستند یکسان می کند. جریان پذیری تحت تأثیر شکل، توزیع اندازه و ویژگی های سطحی ذرات است. ذرات پودری که کروی یا تقریباً کروی هستند بهتر از ذرات پودری که به طور یکنواخت شکل ندارند حرکت می کنند، اگرچه پودر تیتانیوم از روش های HDH معمولاً شکل ناهمواری دارد. عملیات سطحی یا تغییرات کنترل شده در میزان رطوبت می تواند جریان را بدون کاهش استانداردهای خلوص بهتر کند. دبی هال اغلب توسط سازندگان برای بررسی جریان پذیری استفاده می شود. مقادیر کمتر از 30 ثانیه در هر 50 گرم نشان می دهد که کیفیت کار خوب است.

عناصر فیلتر بسته به مکانی که در سیستم های الکترولیز PEM هستند باید به روش های مختلفی کار کنند. برای به حداقل رساندن افت فشار و جلوگیری از ورود آب، لایه های انتشار گاز باید متخلخل و قابل نفوذ باشند. برای تصفیه آب، فیلترهای پیش{2} باید دارای منافذ کوچکتر باشند تا بتوانند آلاینده های ذرات را قبل از رسیدن به سطوح غشاء جذب کنند. وقتی صحبت از کلکتورهای جریان می شود، هدایت الکتریکی مهمتر از ظرافت فیلتر است. عملکرد کلی سیستم با انتخاب پودرهایی که این نیازهای کاربردی منحصر به فرد را برآورده می کنند، بهبود می یابد. در نواحی فعال الکتروشیمیایی، جایی که رسانایی مستقیماً بر راندمان تأثیر می‌گذارد، پودر اکسیژن با خلوص بالا- بسیار مفید است. برای استفاده از فیلترهای جانبی، ممکن است نمرات استاندارد{9}}بهینه شده با هزینه کافی باشد.

هزینه اولیه مواد تنها بخشی از کل هزینه مالکیت عناصر فیلتر PEM است. قیمت پودر اکسیژن با کیفیت بالا-با خلوص کم- 30 تا 50 درصد بیشتر از قیمت گریدهای معمولی است، اما اغلب در طول عمر عملیاتی طولانی‌تر و راندمان بهتر هزینه خود را پرداخت می‌کند. تجزیه و تحلیل هزینه چرخه عمر، که شامل هزینه های مواد، بازده تولید، اثرات بازده عملیاتی و زمان تعویض می شود، امکان مقایسه انتخاب های پودر را به روشی منصفانه فراهم می کند. نیروگاه های هیدروژن سازگار با محیط زیست که مگاوات نیرو را پردازش می کنند واقعاً می توانند از موادی که برای عملکرد بهینه شده اند بهره ببرند. این به این دلیل است که حتی افزایش های کوچک در بهره وری می تواند باعث صرفه جویی بزرگ در دوره های زمانی طولانی شود.