مسحوق معدني متكلس لمرشحات PEM: اختيار مسحوق التيتانيوم عالي النقاء

في الظروف الحمضية للغاية، يقوم محلل الماء الكهربائي PEM بتقسيم الماء كهروكيميائيًا لإنتاج الهيدروجين. يجب أن تظل هياكل المرشح المسامية قوية على الرغم من تعرضها المستمر للمياه الحمضية وطبقات البوليمر التي تحمل البروتونات. عندما يتم تلبيده بشكل صحيح، فإن مسحوق التيتانيوم عالي النقاء-يعمل على تكوين شبكات من المسام المرتبطة ببعضها والتي لا تتفكك بسهولة باستخدام المواد الكيميائية. عندما تحتوي الأنواع ذات النقاء الأقل على الكثير من الشوائب، فإنها تصدأ بشكل أسرع، مما يخلق عيوبًا صغيرة تجعل الترشيح أقل دقة والهيكل أقل استقرارًا. عند وجود الحديد أو الكربون أو الملوثات الأخرى، فإنها يمكن أن تبدأ خلايا تآكل موضعية تضعف إطار الفلتر بمرور الوقت.

إن مدى نقاء الهيدروجين الذي يتم تصنيعه له تأثير مباشر على الاستخدامات اللاحقة، وخاصة أنظمة خلايا الوقود الحساسة جدًا للتلوث. يمكن للجزيئات المعدنية والأكاسيد والشوائب الأخرى أن تدخل إلى تيار الهيدروجين من خلال عناصر الترشيح المصنوعة من العناصر الفقيرةمسحوق المعدن الملبد. يعمل مسحوق التيتانيوم عالي النقاء- على تقليل خطر التلوث عن طريق التخلص من مصادر التلوث التي قد تكون موجودة في نظام التصفية نفسه. يعد التحكم في التلوث أمرًا مهمًا بشكل خاص لمشاريع الهيدروجين الأخضر التي تهدف إلى استخدامه في استخدامات التنقل، نظرًا لأن الشوائب يمكن أن تلحق الضرر بخلايا الوقود ويكون لها تأثير كبير على مدى جودة ومدة استمرار السيارة.

أحد أهم العوامل التي تؤثر على أداء هياكل المرشحات المعدنية المسامية في الإعدادات الكهروكيميائية هو كمية الأكسجين الموجودة. قد يحتوي مسحوق التيتانيوم القياسي على نسبة تتراوح بين 0.15 و0.30% من الأكسجين، مما يشكل طبقات أكسيد سلبية تجعل المادة أقل موصلية. تُظهر متغيرات الأكسجين المنخفضة- التي تحافظ على مستويات الأكسجين أقل من 0.12% موصلية أفضل بكثير مع الحفاظ على مقاومة التآكل. يحتاج تقليل الأكسجين هذا إلى معالجة خاصة، مثل التلدين الفراغي، للتخلص من الأكاسيد السطحية دون تغيير كيفية التعامل مع المسحوق. عند شراء مسحوق أكسجين منخفض-، يحدث فرقًا ملحوظًا في مدى جودة عمل إعدادات PEM على نطاق واسع-، حيث تؤثر المقاومة المضافة من العديد من مجموعات الخلايا على مدى جودة عمل النظام بأكمله.

تمر جزيئات مسحوق التيتانيوم عبر الحالة الصلبة-المنتشرة أثناء عمليات التلبيد بالحرارة، مما يشكل روابط معدنية حيث تتلامس الجزيئات. تمنح هذه المناطق العنقية القوة الميكانيكية للهيكل مع الحفاظ على مسامية الهيكل. تعتبر درجات الحرارة بين 1150 درجة و1300 درجة درجات حرارة تلبيد جيدة لأنها تسمح بحركة ذرية كافية لتكوين رقبة قوية دون جعل المادة كثيفة جدًا، مما قد يلغي الحاجة إلى حجم المسام. كما أن لجو التلبد تأثيرًا كبيرًا على جودة النتيجة. تعمل ظروف الفراغ أو الغاز الوقائي على إيقاف الأكسدة، مما يكسر الروابط بين الجزيئات. عندما يتم تلبيد التيتانيوم بشكل صحيح، يمكن أن يكون له قوة انثناء تزيد عن 300 ميجا باسكال بينما لا يزال يتمتع بمسامية تتراوح بين 30 إلى 40 بالمائة. وهذا يعطي قوة الهيكل والقدرة على التصفية.

يمكن تكرار أداء عنصر الفلتر لأن خصائص المسحوق المعدني الملبد هي نفسها من دفعة إلى أخرى. يوفر موردو المساحيق الذين يتبعون إجراءات صارمة لمراقبة الجودة مواد تلبيد بطريقة يمكن التنبؤ بها. يتيح ذلك للمصنعين الاحتفاظ بتفاوتات صارمة فيما يتعلق بتوزيع حجم المسام والنفاذية والقوة الميكانيكية. تستخدم مصانع المسحوق الحديثة التحكم الإحصائي في العملية، والتتبع المستمر للعملية، وطرق الاختبار الشاملة للتأكد من أن كل دفعة إنتاج تحتوي على التركيب الكيميائي الصحيح، وتوزيع حجم الجسيمات، والكثافة الظاهرة، وخصائص التدفق. يعد هذا الاتساق مفيدًا بشكل خاص لمشاريع الهيدروجين الأخضر الكبيرة التي تحتاج إلى مئات أو آلاف من عناصر التصفية المتماثلة التي يضمن عملها كما هو مخطط لها.

تؤثر قابلية تدفق المسحوق على جميع خطوات صنع عنصر الترشيح، بدءًا من تجانس تعبئة القالب وحتى أنظمة التغذية الآلية. تنتشر المساحيق ذات التدفق الحر-بشكل متساوٍ داخل أدوات الضغط، مما يجعل الكثافة الخضراء كما هي حتى عندما تكون الأشكال معقدة. تتأثر قابلية التدفق بالشكل وتوزيع الحجم والخصائص السطحية للجسيمات. تتحرك جزيئات المسحوق الكروية أو شبه الكروية بشكل أفضل من جزيئات المسحوق التي لا تتشكل بشكل متساو، على الرغم من أن مسحوق التيتانيوم الناتج عن طرق HDH عادةً ما يكون له شكل غير متساوٍ. يمكن للمعالجات السطحية أو التغييرات التي يتم التحكم فيها في محتوى الرطوبة أن تجعل التدفق أفضل دون خفض معايير النقاء. غالبًا ما تستخدم الشركات المصنعة معدلات تدفق القاعة للتحقق من قابلية التدفق. تشير القيم التي تقل عن 30 ثانية لكل 50 جرامًا إلى أن خصائص العمل جيدة.

يجب أن تعمل عناصر التصفية بطرق مختلفة اعتمادًا على مكان وجودها في أنظمة التحليل الكهربائي PEM. للحفاظ على انخفاض الضغط إلى الحد الأدنى ومنع دخول الماء، يجب أن تكون طبقات انتشار الغاز مسامية ونفاذية. لمعالجة المياه،-يجب أن تحتوي المرشحات الأولية على مسام أصغر حتى تتمكن من التقاط الملوثات الجسيمية قبل أن تصل إلى أسطح الغشاء. عندما يتعلق الأمر بالمجمعات الحالية، فإن التوصيل الكهربائي أكثر أهمية من دقة الترشيح. يتم تحسين الأداء العام للنظام من خلال اختيار المساحيق التي تلبي هذه الاحتياجات الوظيفية الفريدة. في المناطق النشطة كهروكيميائيًا، حيث تؤثر الموصلية بشكل مباشر على الكفاءة، يكون مسحوق الأكسجين العالي-النقاء المنخفض-مفيدًا للغاية. بالنسبة لاستخدامات التصفية الطرفية، قد تكون الدرجات القياسية المحسنة-من حيث التكلفة كافية.

التكلفة الأولية للمواد ليست سوى جزء واحد من التكلفة الإجمالية لملكية عناصر مرشح PEM. إن سعر مسحوق الأكسجين عالي الجودة-منخفض النقاء-أعلى بنسبة 30-50% من سعر الدرجات العادية، ولكنه غالبًا ما يدفع تكاليفه من خلال عمر تشغيلي أطول وكفاءة أفضل. إن تحليل تكلفة دورة الحياة، والذي يتضمن تكاليف المواد، وعائدات التصنيع، وتأثيرات كفاءة التشغيل، وأوقات الاستبدال، يجعل من الممكن مقارنة خيارات المسحوق بطريقة عادلة. يمكن لمحطات الهيدروجين الصديقة للبيئة التي تعالج ميجاوات من الطاقة أن تستفيد حقًا من المواد التي تم تحسين أدائها. وذلك لأنه حتى الزيادات الصغيرة في الكفاءة يمكن أن تؤدي إلى توفير كبير على مدى فترات طويلة من الزمن.