Sukepinto metalo miltelių dalelių kontrolė: PEM filtro laidžių konstrukcijų optimizavimas

Vandenilio ekonomija priklauso nuo efektyvių protonų mainų membranos (PEM) vandens elektrolizės sistemų, o šių sistemų pagrindas yra esminis komponentas:sukepinto metalo milteliaifiltro elementai. Šios porėtos struktūros vienu metu valdo vandens paskirstymą, dujų transportavimą ir elektros laidumą. Supratimas, kaip dalelių kontrolė įtakoja filtro veikimą, atskleidžia, kodėl miltelių parinkimo tikslumas yra svarbus elektrolizatoriaus efektyvumui ir ilgaamžiškumui.

Šiuolaikiniai PEM elektrolizatoriai veikia sudėtingomis sąlygomis-, esant dideliam srovės tankiui, rūgščioje aplinkoje ir 80 laipsnių siekiančioje temperatūroje. Laidūs akytieji transportavimo sluoksniai turi išlaikyti struktūrinį vientisumą, tuo pačiu palengvindami jonų judėjimą ir dujų evakuaciją. Dėl šios dvigubos funkcijos sukepinto metalo filtrai yra būtini, tačiau jų veikimas visiškai priklauso nuo to, kaip gamintojai kontroliuoja miltelių charakteristikas gamybos metu.

Sukepinto metalo milteliai

 

1. Specifikacija
Produkto pavadinimas: Sukepinto metalo milteliai
Vidinis kodas: NAVI-2-002
Gamintojas: NAVI Titanium®
Bendrosios formos: apvalus, diskas, lakštas, vamzdis, apvalus, juosta, dangtelis arba pritaikymas
Žaliavos:
(1) Titano ---0A klasės gryni milteliai
(2) Nerūdijantis plienas ---/SS304/SS316/SS316L ir kt.
(3) Nikelis --- Nikelio lydiniai / MONEL / INCONEL / Hastelloy (C22 / C276)
(4) Bronzos ---0A klasės gryni milteliai
Išplėstinės NAVI sritys: PEM, puslaidininkiai ir elektronika, vaistai ir kt.
2.Pirkimo vadovas
(1) Procesas
NAVI Titanium (nuo 2008 m.) gali apdoroti pagal jūsų projektinius brėžinius
(2) Pavyzdys
Efektyvus, ekonomiškas, kokybiškas
Priimkite tik pagrindines formų kainas, skirtas pasirinktiniam produktui, sukepinimas kartu už pavyzdinius užsakymus, nulis nekvalifikuotų
(3) Technologinis palaikymas
Profesionalus-už-vieną paslaugą, kviečiame susisiekti su mumis

Sukepintų poringų filtrų struktūra prasideda nuo miltelių parinkimo ir paruošimo. Sukepinimo aukštoje temperatūroje metu dalelių tarpusavio ryšys priklauso nuo jų dydžio, formos ir paviršiaus cheminės sudėties. Porų tinklas, lemiantis filtravimo ir transportavimo savybes, yra sudarytas iš titano miltelių dalelių, kurios sulimpa.

Dalelių morfologija įtakoja porų geometriją

 

Apvalios titano miltelių dalelės pakuojasi kitaip nei neapvalios. Dėl sferinės formos porų struktūros tampa patikimesnės, o vingiavimas – stabilesnis. Taip yra todėl, kad dujos turi judėti per medžiagą vingiuotu keliu. Miltelinės metalurgijos tyrimai rodo, kad sferinės dalelės skylių dydžio pasiskirstymas yra 15–20 procentų taisyklingesnis nei kampiniai milteliai. Naudojant PEM, šis vienodumas tiesiogiai reiškia, kad galima numatyti elektrocheminį veikimą.

Sukepinimo temperatūra ir miltelių charakteristikos

 

Gabalai išsukepinto metalo milteliai sulimpa per kietojo kūno{0}}difuziją, kai titano temperatūra svyruoja nuo 900 iki 1200 laipsnių. Miltelių grynumas turi didelę įtaką šiam procesui. Titano milteliai, kurie yra labai gryni ir kurių deguonies kiekis yra mažesnis nei 0,15 %, yra geriau sukepinami, nes sutvirtėja dalelių kakliukai, nepadarydami medžiagos per tankios. Šis balansas išlaiko poras, o medžiaga yra pakankamai tvirta, kad elektrolizės metu atlaikytų skirtingą slėgį filtro elemente.

Porų tinklo ryšys ir elektroninis laidumas

 

Be kiekvienos poros dydžio, tai, kaip poros jungiasi viena su kita, turi įtakos skysčių judėjimui per jas ir elektros srovei. Kai milteliai paskirstomi netinkamai, gali susidaryti izoliuotos poros, kurios sulaiko dujų burbuliukus ir sumažina aktyvųjį paviršiaus plotą. Titano porėtos terpės tyrimai rodo, kad išlaikant miltelių dydžio skirtumus neviršijant 20 % vidutinio skersmens, užtikrinamas daugiau nei 95 % porų sujungimas. Tai yra lygis, reikalingas, kad elektros varža būtų žema per visą filtro storį.

Dalelių dydžio pasiskirstymas (PSD) turi būti atidžiai kontroliuojamas, kad būtų vienodi laidūs keliai. Šio pasiskirstymo forma ir plotis keičia tai, kaip dalelės išsidėsto, kai jos sutankinamos ir kaip jos susilieja. Platesni PSD leidžia kurti skirtingos kokybės gradientus pagal filtro storį, o siauresni PSD sukuria vienodas struktūras.

Monomodalinės ir bimodalinės miltelių sistemos

 

Kai milteliuose esančios dalelės yra monomodalinės (susikaupia maždaug vieno dydžio), skylių dydžiai išlieka tokie patys. Dėl to milteliai puikiai tinka tiksliam filtravimui. Įprasti titano milteliai, kurių D50 vertė yra 30 μm, o intervalo (D90–D10) / D50 vertė mažesnė nei 1,2, susidaro poros, kurių dydis dažniausiai yra 10–25 μm. Šie filtrai puikiai tinka užduotims, kurioms reikia tiksliai valdyti burbulų dydžius.

Bimodaliniai pasiskirstymai naudoja stambių ir smulkių frakcijų maišymo strategiją. Smulkūs milteliai (5–15 μm) užpildo tarpus tarp didesnių dalelių (45–75 μm), todėl medžiaga tampa tankesnė ten, kur dalelės liečiasi. Dėl šios konstrukcijos konstrukcija tampa 30–40% tvirtesnė, tačiau paliekama pakankamai vietos dujoms judėti per ją. Elektrocheminiai bandymai rodo, kad dėl bimodalinių formų maždaug 25 % sumažėja kontaktinis pasipriešinimas tarp porėto transportavimo sluoksnio ir katalizatoriumi dengtos membranos.

Statistinė miltelių paruošimo proceso kontrolė

 

Paketų{0}}į-paketų nuoseklumo patikrinimai, siekiant išsiaiškinti, ar filtro dalys veikia vienodai skirtingose ​​gamybos serijose. Pirmaujantys gamintojai taiko griežtas miltelių apibūdinimo procedūras. Kiekvienai pagamintų miltelių partijai jie matuoja tokius dalykus kaip tariamasis tankis, srauto greitis ir dalelių dydžio pasiskirstymas. Išlaikant D50 skirtumus mažesnius nei ±2 μm tarp partijų užtikrinama, kad gatavi filtrai atitiktų porų dydžio ir pralaidumo reikalavimus. Šis stabilumas ypač svarbus dideliems ekologiškiems vandenilio projektams, kuriems reikia tūkstančių vienodų filtrų elementų.

Poveikis elektrochemiškai aktyviam paviršiaus plotui

 

Kaip smulkmenossukepinto metalo milteliaiyra pasklidę tiesiogiai įtakoja paviršiaus plotą, kuris gali būti naudojamas elektrocheminiams procesams. Dėl smulkesnių miltelių paviršiaus -ir-tūrio santykis yra didesnis, todėl katalizinis procesas gali būti efektyvesnis. Tačiau per smulkūs milteliai (mažesni nei 5 μm) gali per-sukepti, todėl uždaromos poros ir dujoms sunkiau išeiti. Naudojant PEM elektrolizatorių, geriausi diapazonai išlaiko vidutinį dalelių dydį nuo 15 iki 45 μm ir subalansuoja paviršiaus plotą su transportavimo poreikiais.

Vandens perkėlimas į katalizatoriaus sluoksnį ir vandenilio bei deguonies pašalinimas iš reakcijos vietų yra dvi skirtingos perdavimo problemos, kurias reikia išspręsti. Filtrų elementai turi leisti vandeniui praeiti ir greitai pašalinti toksiškas atliekas. Miltelių dydžio pasirinkimas turi įtakos porų dydžiui, o tai savo ruožtu įtakoja kapiliarų slėgį, pralaidumą ir masės pernešimo ribas.

Youngo-Laplaso lygtis teigia, kad kapiliarinis slėgis poringoje terpėje yra atvirkščiai susijęs su porų spinduliu. Kapiliarinės jėgos yra stipresnės, kai poros yra mažesnės, o tai reiškia, kad vanduo išlieka vietoje ir geriau pasiskirsto po katalizatoriaus paviršių. Kai filtrams gaminti naudojami 10–20 μm titano milteliai, kapiliarų slėgis yra pakankamai didelis, kad vanduo būtų prisotintas net tada, kai srovės tankis yra didesnis nei 3 A/cm². Šis prisotinimas neleidžia katalizatoriui išdžiūti, o tai sumažins jo našumą.

Carman ir Kozeny santykiai sako, kad dujų pralaidumas didėja porų dydžio kvadratu. Dėl didesnių skylių burbuliukai lengviau greitai atsiskiria ir nutolsta nuo reakcijos vietų, o tai sustabdo įtampos kritimą, kurį sukelia dujų kaupimasis. Kad praktinės PEM sistemos veiktų, jos turi atitikti abu šiuos poreikius: pakankamai kapiliarinio veikimo, kad vanduo judėtų, ir pakankamai pralaidumo, kad pašalintų dujas. Ši pusiausvyra puikiai pasiekiama naudojant sukonstruotus miltelių mišinius, kurių skylės dydis yra nuo 15 iki 35 μm.

5–80 μm porų diapazonas apima įvairius PEM elektrolizatoriaus poreikius, nuo smulkaus filtravimo iki birių transportavimo. Norint gauti tam tikrus šio diapazono porų dydžius, miltelių inžinerija ir apdorojimo kontrolė turi būti labai atsargūs.

Miltelių klasifikavimo metodai

 

Miltelių partijos yra suskirstytos į mažas grupes pagal pažangią oro klasifikaciją. Cikloniniai klasifikatoriai gali atskirti miltelių pjūvius, kurių intervalo vertės yra mažesnės nei 0,8, todėl galima tiksliai suprojektuoti poras. Pritaikytas porų paskirstymas atliekamas kontroliuojamu būdu sumaišant kelias sugrupuotas dalis. 60% 20–30 μm miltelių ir 40 % 40–55 μm miltelių galima patikimai sumaišyti, kad būtų sukurti filtrai, kurių vidutinis porų dydis yra artimas 25 μm. Šie filtrai puikiai tinka vandens transportavimo sluoksniams PEM kaminuose.

Sutankinimo slėgio poveikis galutinei porų struktūrai

 

Prieš sukepinant, žalio korpuso sutankinimas turi didelę įtaką galinių porų savybėms. Kai suspaudimo slėgis didesnis (150–300 MPa), dalelės suartėja. Dėl to galutinis produktas yra mažiau poringas ir mažesnių porų. Kai 35-μm milteliai suspaudžiami 150 MPa slėgiu, jų poringumas yra apie 40 %, o poros yra vidutiniškai 28 μm skersmens. Suspaudus 250 MPa, poringumas sumažėja iki 32%, o poros sumažėja iki 18 μm. Dėl šio ryšio gamintojai gali tiksliai sureguliuoti savybes naudodami tą pačią miltelių žaliavą.

Sukepinimo ciklo optimizavimas

 

Sujungimo tarp dalelių kiekis priklauso nuo laiko{0}}temperatūros modelių sukepinimo metu. Ilgesnis sukepinimo laikas arba aukštesnė temperatūra padidina dalelių jungimosi plotą, todėl sumažėja porų dydis ir medžiaga tampa tvirtesnė. Kontroliuojamas titano miltelių tankintuvų tyrimas parodė, kad sukepinimo temperatūrą padidinus nuo 1050 laipsnių iki 1150 laipsnių, vidutinis porų dydis sumažėjo maždaug 6 μm, o gniuždymo stipris tampa dvigubai stipresnis. Procesų inžinieriai naudoja šias jungtis, kad pakeistų filtrų savybes, kad jos atitiktų skirtingas darbo sąlygas.

Kaip gerai elektra teka per sukepintus filtrus, priklauso nuo to, kiek ir kokių prisilietimo taškų yra tarp dalelių. Optimizavimo metodais bandoma rasti geriausius būdus sukurti laidžius kelius, išlaikant judėjimui reikalingą poringumą.

Miltelių grynumo ir laidumo santykiai

 

Deguonies kiekis titano milteliuose turi didelę įtaką jo elektrinėms savybėms. Titano oksidas susidaro dėl deguonies ant dalelių paviršių, kuris veikia kaip izoliatorius kontaktiniuose taškuose. Miltelių pavidalo didelio -grynumo titano milteliai, kurių deguonies lygis yra mažesnis nei 0,12 %, plokštuminė elektrinė varža yra mažesnė nei 150 µomų/cm, o tai yra tokia pati kaip ir kieto titano lakšto. Kita vertus, milteliai, kuriuose yra 0,25% deguonies, turi didesnį nei 300 omų varžą centimetre, nes dalelių paviršiuose yra oksido sluoksnių. Naudojant PEM įrenginiuose, kurių srovės tankis yra amperų diapazone, šis atsparumo skirtumas lemia įtampos nuostolius, kuriuos galima išmatuoti, ir sumažina sistemos efektyvumą.

Dalelių paviršiaus apdorojimo metodai

 

Paviršiaus modifikavimo metodai pagerina dalykų sukepinimo būdą ir tai, kaip gerai jie perduoda elektrą. Prieš sukepinant, redukuojant vandenilį 650–750 laipsnių temperatūroje pašalinami paviršiaus oksidai, kurie padeda dalelėms geriau sulipti. Titano hidrido milteliai naudojami kitais būdais. Sukepinimo metu jis suyra, sudarydamas vandenilį, kuris sumažina oksido plėveles vietoje. Palyginti su miltelių tvarkymu, abu būdai rodo 20–35 % mažesnį atsparumą sąlyčiui.

Gradiento struktūros daugiafunkciniam veikimui

 

Sudėtingesni filtrų dizainai naudoja savybių gradientus, kurie eina per sluoksnius. Ant membranos{1}}pusės naudojami smulkūs milteliai (10–20 μm), kad susidarytų mažos poros, kurios tolygiai paskirsto vandenį. Kita vertus, tiršti milteliai (50–75 μm) naudojami didelėms poroms, kurios palengvina dujų pašalinimą. Kad sluoksniai nesuirtų jungčių vietose, šiam gradientiniam dizainui reikalingas tikslus miltelių sluoksnio sluoksniavimas ir kontroliuojamas sukepinimas. Išbandžius elektrolizatoriuje, gradientinės struktūros rodo 15 % geresnį našumą nei vienodi filtrai, kai jie tinkamai įstatyti.

Kai gamintojai tiksliai kontroliuoja savybessukepinto metalo milteliaidalelių, jie gali pagaminti PEM filtrų elementus su geriausiomis laidžiomis struktūromis atšiaurioms elektrolizatoriaus aplinkoms. Porų struktūrai, transportavimo savybėms ir elektros efektyvumui įtakos turi dalelių dydžio pasiskirstymas, grynumas, morfologija ir apdorojimo veiksniai. Vandenilio ekonomikai augant ir gaminant gigavatus vandenilio, įsitikinkite, kad milteliniai-filtrai visada yra tokie patys ir geriausiai veikia, turės tiesioginės įtakos jų veikimui ir jų kainai.

Didelio našumo{0}}sukepintiesiems filtrams reikia daug sudėtingų techninių žinių-. Tai rodo, kaip svarbu dirbti su patyrusiais šaltiniais, išmanančiais medžiagų mokslo ir taikymo poreikius. Kad milteliai ilgainiui veiktų patikimai, jų specifikacijos turi atitikti tam tikras veikimo sąlygas, pvz., temperatūrą, slėgį, srovės tankį ir numatomą tarnavimo laiką.

NAVI Titanium yra didelio{0}}grynumo, mažai{1}}deguonies turinčio titano miltelių, skirtų dirbti su PEM elektrolizatoriaus filtrais, gamybos ekspertas. Mūsų aukštųjų technologijų-sistemos, skirtos rūšiuoti ir tikrinti miltelių kokybę, užtikrina, kad dalelės pasiskirstytų tolygiai. Tai leidžia patikimai sukurti laidžias porėtas struktūras, kurių porų dydis svyruoja nuo 5 iki 80 μm. Mūsų techninė komanda glaudžiai bendradarbiauja su klientais, siekdama užtikrinti, kad miltelių specifikacijos puikiai atitiktų konkrečius jų poreikius, nesvarbu, ar jiems reikia tikslių filtrų elementų mokslinių tyrimų{8}}masto sistemoms, ar didelės-gamybos apimties ekologiško vandenilio projektams pramonėje. Kaip teikėjassukepinto metalo milteliaiTurėdami daug patirties, galime padėti jums pagreitinti naujo produkto kūrimo laiką, pateikdami išsamią informaciją apie medžiagą, padėdami su taikomųjų programų inžinerija ir kurdami greitus prototipus.

Siųskite el. laišką mūsų programų inžinierių komandai adresusales@navititanium.compasikalbėti apie savo PEM filtro poreikius ir sužinoti, kaip mūsų pasirinktiniai miltelių sprendimai gali pagerinti jūsų elektrolizatoriaus veikimą ir ilgaamžiškumą.

1. Shao, Y., Xu, H., Li, G. ir Xu, M. (2021). Titano miltelinė metalurgija: pagrindai ir taikymas energetikos sistemose. Medžiagų mokslo spauda.

2. Carmo, M., Fritz, DL, Mergel, J. ir Stolten, D. (2020). Išsami PEM vandens elektrolizės apžvalga. International Journal of Hydrogen Energy, 38(12), 4901-4934.

3. Vokiečių kalba, RM (2019). Sukepinimas: nuo empirinių stebėjimų iki mokslinių principų. Butterworth-„Heinemann Advanced Materials“ serija.

4. Lettenmeier, P., Wang, L., Gago, AS, Gazdzicki, P. ir Friedrich, KA (2018). Porėti transportavimo sluoksniai, skirti protonų mainų membranos elektrolizei ekstremaliomis sąlygomis. Advanced Energy Materials, 9(8), 1802521.

5. Thompson, SD, Newman, RC ir White, DP (2019). Titano poringų terpių korozija ir laidumas rūgščioje aplinkoje. Korozijos mokslas, 145, 112-125.

6. Zhang, K., Liang, X., Wang, L., Sun, K., Wang, Y. ir Xie, Z. (2022). Miltelių charakteristikų optimizavimas akytoms titano struktūroms naudojant vandenilio energiją. Miltelių technologija, 398, 117089.