Zakaj je visokokakovosten sintran kovinski prah pomemben v vodikovih sistemih

Za proizvodnjo vodika z elektrolizo PEM potrebujete materiale, ki lahko prenesejo težke pogoje in hkrati dobro prevajajo elektriko. Visoko{1}}kakovostni sintrani kovinski prah je gradnik filtrirnih elementov, ki ločijo vodik in kisik ter nadzirajo, kako se voda premika skozi sklop elektrolizatorja. Vaš vodikov sistem bo bodisi deloval dosledno ali pa bo postal glavobol za vzdrževanje, odvisno od tega, kako čisti in dosledni so ti praški.

V elektrolizerju PEM je elektrokemična klima zelo intenzivna. Praški, ki niso zelo dobri in vsebujejo veliko kisika, tvorijo oksidne plasti, ki preprečujejo pretok elektrike, kar pomeni, da mora sistem porabiti več energije, da proizvede enako količino vodika. Glede na študijo, objavljeno v International Journal of Hydrogen Energy, titanov prah z manj kot 0,15 % kisika izboljša električno zmogljivost poroznih transportnih plasti v elektrolizerjih.

Kakovost prahu ima učinke na gospodarstvo, ki daleč presegajo stroške surovin. Filtrirni element, izdelan iz prvovrstnega, zelo čistega titanovega prahu, bi lahko sprva stal več, vendar se bo povrnil zaradi daljšega delovanja sistema in daljše življenjske dobe. Pogled na velike vodikove projekte kaže, da ko filtrirni elementi odpovejo, povzročijo velike stroške vzdrževanja, ki niso bili načrtovani, ki so pogosto višji od razlike v ceni med običajnimi in posebnimi praškastimi materiali.

Nadzor porazdelitve velikosti delcev je kompleksen del metalurgije prahu za uporabo vodika. Povezava med lastnostmi prahu in tem, kako dobro deluje končni filter, je zapletena, vendar jo je mogoče predvideti s pravilno izbiro prahu. Da bi dosegli določene razpone velikosti por, proizvajalci skrbno zmešajo praškaste dele, običajno z mešanjem delcev od 10 do 75 mikrometrov v nadzorovanih količinah.

Fine frakcije prahu, manjše od 20 mikrometrov, pripomorejo k manjšim poram in boljši filtraciji, medtem ko večji delci dajejo trdnost strukturi in prepuščajo več tekočin. Ta zamisel se uporablja v konceptu gradientnega filtrirnega elementa za izdelavo plasti z vse bolj finimi strukturami por. To izboljša mehansko trdnost in učinkovitost filtriranja. Poskusi kažejo, da natančna gradacija prahu ustvari strukture por z velikostjo od 5 do 80 mikrometrov, ki lahko zadovoljijo različne potrebe v vodikovih sistemih.

Električna prevodnost poroznih kovinskih delov filtra neposredno vpliva na to, koliko energije porabi elektrolizer. Ko se visoko{1}}kakovosten titanov prah z nizko- vsebnostjo kisika segreje, tvori strukture z malo oksidnimi stenami med delci, zaradi česar se elektroni lažje premikajo. Kontaktni upor za filtre iz prvovrstnega prahu je manjši od 10 miliohmov na kvadratni centimeter, medtem ko so vrednosti za filtre, izdelane iz materialov standardne-razrednosti, več kot 50 miliohmov.

Ta razlika v prevodnosti pomeni, da so prihranjene merljive količine energije. Elektrolizator-komercialnega obsega s filtrirnimi elementi, ki bolje prevajajo elektriko, porabi približno 3–5 % manj energije za proizvodnjo enake količine vodika. V mnogih letih, ko je obrat za proizvodnjo vodika v uporabi, te izboljšave učinkovitosti prihranijo veliko denarja, veliko več kot začetna naložba v visoko-kakovostne praškaste materiale.

Proizvajalci lahko izdelajo filtrirne elemente z znanimi lastnostmi delovanja, ker lastnosti prahu ostajajo enake od serije do serije. Spremembe v kakovosti prahu povzročijo spremembe v specifikacijah končnega izdelka, kar oteži nadzor kakovosti in lahko povzroči napake na terenu. Ugledni proizvajalci filtrov iz sintrane kovine uporabljajo stroge protokole za karakterizacijo praškov. Vsako serijo testirajo glede čistosti, vsebnosti kisika, porazdelitve velikosti delcev in načina sintranja.

Statistični podatki o nadzoru procesov iz tovarn, ki izdelujejo veliko filtrov, kažejo, da uporaba dosledne kakovosti prahu zmanjša število proizvodnih napak za več kot 60 % v primerjavi z uporabo surovin s spremenljivo kakovostjo. Ta zanesljivost je pomembnejša, saj proizvodnja vodika raste, da bi zadovoljila naraščajoče povpraševanje. Dosledno delovanje delov omogoča predvidljivo vedenje sistema v velikih inštalacijah elektrolizatorjev.

Ena od pomembnih nalog sintranih filtrirnih elementov v elektrolizatorjih PEM je dobro upravljanje vode. Posebni kovinski prah se uporablja za izdelavo poroznih struktur, ki prepuščajo vodi do reakcijskih mest, hkrati pa preprečujejo premikanje plina med anodnimi in katodnimi deli. Tri{2}}dimenzionalna mreža por v sintranih predmetih mora uravnotežiti dve različni potrebi: prepustiti mora dovolj vode, hkrati pa mora preprečiti dovolj plina.

Inženirji lahko izdelajo filtrirne elemente z najboljšo strukturo por za določeno delovno stanje z uporabo visoko{0}}kakovostnega sintranega kovinskega prahu. Večje luknje v nosilnih plasteh ohranjajo čim nižji padec tlaka, da se lahko dovaja voda, medtem ko manjše pore v funkcionalnih plasteh ločujejo pline. Ta hierarhična struktura por, ki jo je mogoče ustvariti samo s skrbnim mešanjem praškov, omogoča čim bolj učinkovito premikanje vode in ločevanje plinov.

Različni načini izdelave vodika zahtevajo različne vrste materialov. Visokotlačni-industrijski elektrolizerji potrebujejo filtrske elemente, ki so mehansko močnejši. To lahko storite z mešanjem praškov na določene načine, ki vključujejo nekaj drobnih delcev, da ustvarite več kontaktnih točk za sintranje. Po drugi strani pa so bolj grobi razredi prahu, ki naredijo večje in bolj odprte pore, boljši za aplikacije, ki potrebujejo največjo prepustnost.

Posebne praškaste formulacije se lahko uporabljajo tudi za materiale, ki niso titan. Titan se najpogosteje uporablja v elektrolizerjih PEM, ker ne rjavi in ​​je dober prevodnik. Vendar lahko kovine na osnovi -niklja ali nekatere vrste nerjavnega jekla v nekaterih situacijah delujejo bolje. Visoko{4}}proizvajalci prahu izdelujejo posebne mešanice, ki najbolje delujejo v različnih elektrokemičnih okoljih. To daje ustvarjalcem vodikovih sistemov večjo izbiro materialov.

Vse boljši pri izdelavi prahu vedno bolj dviguje kakovost materiala in odpira nove načine uporabe. Metode proizvodnje titanovega prahu z uporabo atomizacije plina so se sčasoma spremenile, da so delci bolj sferični in imajo ozko porazdelitev velikosti. Tako se prašek bolje pretaka in bolj enakomerno pakira. Te spremembe omogočajo uporabo naprednih proizvodnih metod, kot je aditivna proizvodnja, ki omogoča izdelavo filtrov zapletenih oblik, ki jih s tradicionalnimi metodami praškaste metalurgije ne bi bilo mogoče.

Nove metode izdelave prahu upoštevajo tudi ekologijo. Proizvodni-procesi z zaprto zanko ponovno uporabljajo in reciklirajo fin titanov prah, kar zmanjša količino odpadkov, hkrati pa ohranja visoke standarde kakovosti. Ker se vodikovi energetski sistemi širijo po svetu, postajajo okolju prijazni načini izdelave prahu vedno bolj pomembni za zmanjšanje škode, ki jo izdelava delov povzroča okolju.