Водната електролиза на PEM (протонна обменна мембрана) произвежда зелен водород, ключова техника за възобновяема енергия. Този метод разчита на важен, но често пренебрегван филтър. Производителността, продължителността на живота и ефективността на тези филтри разчитат на синтерован метален прах използвани в производството им. Производителите и професионалистите по снабдяване могат да направят обосновани преценки относно оперативните разходи и надеждността на системата, като разберат как чистотата на праха влияе върху работата на филтъра.
Връзката между чистотата на материала и ефективността на филтъра е реална. Проводимостта, устойчивостта на корозия и експлоатационната дълготрайност са постоянно по-добри за филтри, направени от метални прахове с висока-чистота, според данните на съоръженията за производство на водород. Тази статия обяснява техническите причини за тези несъответствия в производителността и предлага съвети за избор на PEM електролизни материали.
1.Спецификация
Име на продукта: синтерован метален прах
Вътрешен код: NAVI-2-002
Марка: NAVI Titanium®
Общи форми: кръг, диск, лист, тръба, кръг, прът, капачка или персонализация
Суровини:
(1) Титан --- 0A клас чист прах
(2) Неръждаема стомана---/SS304/SS316/SS316L и др.
(3) Никел---Сплави на основата на никел/MONEL/INCONEL/Hastelloy (C22/C276)
Разширени области на NAVI: PEM, полупроводници и електроника, фармацевтични продукти и др.
2. Ръководство за закупуване
(1) Процес
NAVI Titanium (от 2008 г.) може да обработва според вашите дизайнерски чертежи
(2) Проба
Ефективен, икономичен, висококачествен
Вземете само основните разходи за форми за потребителски продукт, синтероване заедно за поръчки на проби, нула неквалифицирани
(3) Технологична поддръжка
Професионална-за-услуга, добре дошли да се свържете с нас
Как чистотата на синтерован метален прах подобрява производителността на PEM електролизния филтър?
Електрическата проводимост е едно от най-важните изисквания за PEM електролизните филтри. При трудни електрически условия тези части трябва да помагат на електроните да се движат, като същевременно запазват структурната си цялост. Спеченият метален прах с висока-чистота е по-проводим, защото има по-малко оксидни слоеве, които не са проводими, и примеси, които пречат на електронния поток.
Промишлени проучвания показват, че титанов прах с ниво на чистота над 99,7% може да се използва за направата на филтърни елементи, които са с 15 до 25 процента по-проводими от стандартните -материали. Това подобрение директно води до по-малка загуба на мощност в структурата на филтъра, което прави цялата система да работи по-добре. Тъй като праховете с висока -чистота не съдържат утайки от вторична фаза, границите на зърната са по-правилни по време на процеса на синтероване. Това прави възможно непрекъснатите електрически пътища да преминават през порестата структура.
Подобряване на устойчивостта на корозия чрез чистота на материала
Електролизерите PEM работят при много токсични условия, които включват високи температури, киселинни условия и постоянен контакт с реактивни кислородни видове. Благодарение на галванична връзка между основния метал и частиците примеси, филтърните елементи, направени от мръсен синтерован метален прах, ръждясват по-бързо. Праховете с висока-чистота премахват тези малки електрически клетки, което значително увеличава експлоатационния живот на компонента.
Филтрите с ултра{0}}чист прах от титан са тествани на място и е доказано, че издържат от 8000 до 12 000 часа употреба, докато обикновените филтри трябва да се сменят след 4000 до 6000 часа. Този по-дълъг живот идва от образуването на стабилни, равномерни пасивни оксидни слоеве върху субстрати с висока -чистота, които се фиксират сами, докато работят, като ги предпазват от химическа атака през цялото време.
Чистотата на изходния прах има голям ефект върху начина на синтероване и крайната структура на порите във филтърните елементи. Тъй като замърсителите променят повърхностната енергия на прахообразните частици, не всички те стават плътни с еднаква скорост по време на термична обработка. Тази липса на еднаквост се проявява в крайния продукт като различни размери на порите и места.
Със -синтерован метален прах с висока чистота вие можете прецизно да контролирате как се образуват порите, което ви позволява да правите сита с равномерен диапазон на размера на порите в цялата част. Производствените данни показват, че филтрите, направени от прахове от първокласен-клас, имат вариации на размера на порите само от ±2 микрометра, докато стандартните материали имат вариации от ±5-8 микрометра. Тази равномерност гарантира, че филтърът винаги ще разделя течностите правилно, със стабилни разлики в налягането и известна динамика на течността.
Титанов синтерован метален прах с висока чистота за PEM синтеровани филтърни елементи
Критерии за избор на материал за приложения на електролизьор
Титанът е най-предпочитаният материал за PEM филтърни елементи за електролизьор, тъй като е устойчив на корозия, провежда ефективно електричество и е механично стабилен. За да изберете правилните оценки насинтерован метален прах, трябва да имате предвид много аспекти, които си влияят взаимно и да филтрирате ефективността.
Съдържанието на кислород е най-същественият критерий за чистота на титанов прах за сита за електролизери. Стандартните титаниеви прахове включват 1500–3000 ppm кислород, което ги прави по-малко проводими и гъвкави. Праховете с ултра-висока-чистота и първокласен електролиз-клас поддържат нива на кислород съответно под 500 и 1000 ppm. Това намаляване премахва твърдите стъпала от титанов оксид, които отслабват структурата и възпрепятстват движението на електроните.
Разпределението на размера на частиците също е от съществено значение. Градиентно-структурирани филтри с оптимална механична якост и пропускливост могат да бъдат направени от прахове с прецизно регулирано разпръскване между 20 и 80 микрометра. Газово-праховете са кръгли, което прави опаковането и синтероването по-лесни. Възможно е изработването на филтри с еднакви характеристики партида след партида.
Процесът на производство на синтеровани порести метални филтри започва с уплътняване на праха и след това използване на контролирана топлинна обработка в безопасна среда. Изходните материали, които са много чисти, улесняват този процес и подобряват нивата на добив и консистенцията на продукта. Праховете с малко замърсяване се синтероват при по-ниски температури и за по-кратки периоди от време, което използва по-малко енергия и понижава разходите за производство на праха.
Когато праховете се синтероват, те създават здрави метални връзки без никакви интерметални съединения или крехки фази, които биха отслабили структурата. Това прави филтри, които имат много дупки в тях и освен това са много здрави, което е трудно да се направи с материали с по-ниско-качество. Прахообразните пресове с висока-чистота имат по-добра здравина в зелено, което им позволява да имат по-сложни форми и по-тънки стени, които използват по най-добрия начин пространството в купчините електролизери.
Сравнителен анализ на производителността в реални работни среди
Сравнителните тестове, извършени в работещи PEM електролизатори, показват, че синтерован метален прах с висока-чистота работи по-добре от други видове. Филтрите, направени от първокласни титаниеви прахове, имат 30–40% по-ниски падове на налягане от обикновените, но задържат частиците също толкова добре или по-добре от обикновените филтри. Това по-ниско хидравлично съпротивление директно води до по-малко необходима мощност на изпомпване, което прави системата да работи по-добре.
Тестовете за стабилност за дълъг период от време показват, че филтрите с висока-чистота продължават да работят добре през целия си полезен живот, докато частите от стандартния-клас губят способността си да филтрират и пропускат нещата бавно с течение на времето. Тази стабилна полза идва от факта, че чистите материали не променят лесно структурата си, докато се използват. Тези промени включват загрубяване на зърната, фазови трансформации и локализирана ръжда, всички от които намаляват ефективността на филтъра с течение на времето.
Защо ниско{0}}кислородният синтерован метален прах е важен за филтрите за водородна електролиза?
Кислородът укрепва титана интерстициално, но влошава свойствата на електролизера. За всеки 0,1% повишаване на кислорода титанът става по-твърд и по-малко гъвкав. И става по-силен и по-издържлив. Топлината, студът и механичният стрес правят филтрите по-вероятно да се счупят.
Кислородът повишава електрическото съпротивление на титана. Интерстициалните кислородни атоми увеличават разсейването на електрони. Намаляването на кислорода от синтерован метален прах от 0,3% до 0,05% намалява електрическото съпротивление с 25–30%. Това бързо повишава проводимостта на филтърния елемент. Тази връзка е критична в електролизни системи с висока-токова-плътност, тъй като малките увеличения на съпротивлението генерират огромни загуби на напрежение.
Ниско{0}}кислородните прахове се синтероват бързо. По-ниското съдържание на оксид върху повърхностите на частиците намалява енергията на активиране на атомната дифузия, което позволява на частиците да се опаковат при по-ниски температури. Това позволява на производителите да изпълнят изискванията за порьозност с по-кратки цикли на синтероване, като същевременно запазват по-фините зърнести структури, които правят материала по-здрав и по-малко податлив на ръжда.
Последователност на производството и контрол на качеството
Когато използвате прахове със стандартен-клас, фактът, че съдържанието на кислород може да се променя от партида на партида, е голям проблем. Тази липса на стабилност води до непредсказуемо поведение при синтероване и различни крайни свойства, което прави контрола на качеството по-труден и намалява производствените добиви. Използват се усъвършенствани производствени техники за направата на ниско{3}}синтерован метален прах със строг контрол на състава. Това гарантира, че характеристиките на обработка могат да бъдат повторени и че продуктите винаги работят по един и същи начин.
Когато производителите използват контролирани-кислородни прахове, те могат да настроят прозорци на тествани процеси, които редовно правят филтри, които отговарят на строги изисквания. Тази сигурност намалява количеството на скрап, което се прави, намалява преработката, която трябва да се извърши след синтероване, и помага да се посрещнат нуждите за осигуряване на качеството на заводите за производство на водород, където надеждните части имат пряк ефект върху безопасността и наличността.
Изисквания за чистота на синтерован метален прах за проводими порести филтърни рамки
Целите за изпълнение и разходите за материали трябва да се вземат предвид при настройкатасинтерован метален прахизисквания за качество. Праховете с ултра{1}}висока-чистота функционират добре, но са скъпи и може да не са подходящи за много приложения. Разбирането на връзката между чистота и скорост ви помага да уточнявате по-добре.
Филтрите-базирани на титан провеждат добре електричество с кислород под 0,08% (800 ppm). По-нататъшното намаляване на проводимостта предлага намаляващи ползи, ако не е необходимо. За да се избегнат твърди карбидни и нитридни фази, въглеродните и азотните примеси трябва да бъдат под 0,05%. За локални галванични клетки, които ускоряват корозията, е необходимо по-малко от 0,05% желязо.
Общото съдържание на частици в праха може да покаже неговото качество. Първокласният електролизер-клас синтерован метален прах обикновено има по-малко от 0,3% дефекти. Това предотвратява влиянието на замърсителите върху работата. Основните интерстициални компоненти и малките метални дефекти, които могат да повлияят на синтероването и експлоатационния живот, са включени в този стандарт.
Аналитични методи за проверка на чистотата
Необходими са усъвършенствани аналитични методи, за да се гарантира, че доставените прахове отговарят на изискванията за чистота. С точност от по-малко от 10 части на милион, анализът на синтез на инертен газ може да измерва количеството кислород, азот и водород в прах, което ви позволява да правите разлика между класовете прах. Рентгеновата флуоресцентна спектроскопия открива метални остатъци, а масовата спектрометрия с индуктивно свързана плазма открива второстепенни елементи при стойности от части на милион.
Действителните ефекти от чистотата на праха могат да се видят чрез разглеждане на микроструктурата на синтеровани тестови примери. Спечен метален прах с висока-чистота има чисти граници на зърната, без утайки от втора-фаза. От друга страна, замърсените материали имат малки оксидни или карбидни частици, които влошават свойствата. Използването на сканираща електронна микроскопия и енерго-дисперсионна спектроскопия заедно за създаване на карти на разпределението на примесите помага да се намерят модели на сегрегация, които биха могли да повлияят на това колко добре работи филтърът.
За да намерите прах от синтерован метал с висока{0}}чистота, трябва внимателно да оцените доставчиците и да следите качеството през цялото време. Надеждните доставчици поддържат строг контрол върху целия процес на производство на прах, от избора на суровините до опаковането им в края. Документите трябва да съдържат подробни доклади за химически анализи, данни за разпределението на размера на частиците и описание на формата на праха.
Проследимостта на партидите ви позволява да свържете свойствата на праха с производителността на готовия филтър, което помага в усилията да продължите да се подобрявате. Доставчиците трябва да покажат, че имат статистически контрол на процеса върху важни фактори, особено съдържанието на кислород, което може да се промени в зависимост от това как се борави с праха и излагането му на въздух. Като изградите дългосрочни -отношения с квалифицирани доставчици, можете да сте сигурни, че получавате постоянни, високо{3}}качествени материали, които поддържат гладкото протичане на вашите производствени операции.
Подобряване на стабилността на PEM филтъра чрез селекция на синтерован метален прах с висока чистота
Механична стабилност при натоварвания от употреба
Диференциалните налягания, температурните цикли и движенията на флуидите натоварват PEM електролизните филтри. Механичната стабилност на тези елементи зависи отсинтерован метален прахизползван. Праховите структури с висока-чистота са по-здрави и е по-малко вероятно да се счупят от нечистите.
Спеченият титан от ниско{0}}кислороден прах е гъвкав, поради което филтрите могат да издържат на сериозна сила, без да се счупят. Този атрибут е полезен при стартиране или изключване на системата, тъй като резките температурни колебания предизвикват термични напрежения. Повече от 1000 топлинни цикъла между стайна и работна температура не разрушават филтрите с висока-чистота. Стандартните-части обаче се чупят след 300–500 цикъла.
Благодарение на своите фини, правилни форми на зърна, първокласните прахове осигуряват механични предимства. Ръбовете на зърната предотвратяват счупвания, докато по-малките зърна имат повече ръбове на единица разстояние. Това подобрение на микроструктурата и липсата на крехки втори етапи създават филтри, които могат да се справят с механичните изисквания на индустриалния електролизер.
Високите температури на електролизера могат да повлияят на микроструктурата, правейки филтрите по-малко ефективни. Растежът на зърната, фазовите измествания и богатите-на примеси фази дестабилизират синтерованите порести метални филтри. Микроструктурите остават стабилни през целия експлоатационен живот на детайла, тъй като изходните прахове с висока-чистота не се разпадат.
След 5000 часа употреба при нормални температури ултра-чистите синтеровани метални прахови филтри имат малко груби зърна, докато обикновените материали имат голям растеж на зърната, което намалява механичната якост и променя функцията на порите. Липсата на чужди атоми, които ускоряват дифузията, подобрява термичната стабилност.
Друго съображение е фазовата стабилност. Купените от магазина титанови сплави и чистият титан може да претърпят фазови промени, които променят характеристиките им. Праховете с висока-чистота с регулирана концентрация на кислород имат еднофазови-микроструктури за елиминиране на нестабилността на трансформацията. Това гарантира, че филтърът работи правилно през предвидения му живот.
Предимства за-производителност на ниво система
Спеченият метален прах с висока{0}}чистота осигурява предимства извън работата на филтъра. Тези предимства влияят върху ефективността и надеждността на електролизерната система. По-добрите филтри за проводимост намаляват загубите на напрежение, което прави производството на водород по-ефективно и намалява мощността, необходима за генериране на 1 килограм водород. Индустриалните електролизатори се използват в продължение на много години, така че дори малките увеличения на ефективността спестяват пари.
Подобрената устойчивост на корозия предполага по-дълги интервали на поддръжка и по-ниски разходи за подмяна. Премиум системите за филтриране осигуряват ниска обща цена на притежание въпреки по-високите разходи за материали. Подробно икономическо проучване, което отчита икономии на енергия, престой и разходи за поддръжка, разкрива, че прахът с висока-чистота е умна инвестиция.
Най-голямата{0}}полза на ниво система може да е надеждността. Когато филтрите се повредят, съоръженията трябва да се затворят без предупреждение, спирайки производството на водород и струвайки много. Праховите филтри с висока-чистота издържат по-дълго и функционират по-последователно в промишлени водородни приложения.
Заключение
Чистотата насинтерован метален прахима голям ефект върху производителността на електролизния филтър PEM по всякакъв начин, от неговите основни електрически и механични свойства до дългосрочната-надеждност и стабилност. Титановите прахове с ниско съдържание на кислород и висока чистота имат измерени предимства по отношение на проводимост, устойчивост на корозия и механична здравина. Тези ползи директно водят до по-ефективни системи и по-ниски оперативни разходи.
Когато вземат решения за това какъв прах да купят, купувачите трябва да се уверят, че имат пълна представа за това как чистотата на материала влияе върху нуждите от производителност. Първоначално има по-високи разходи за качествени прахове, но предимствата в живота на филтъра, ефективността на системата и надеждността на работа ги правят добра инвестиция за повечето употреби. Тъй като производството на водород нараства, за да отговори на нарастващото търсене на чиста енергия, изборът на най-добрите материали става все по-важен за постигане както на целите за производителност, така и за разходи.
Често задавани въпроси
1. Какво съдържание на кислород трябва да посоча за синтерован метален прах от титан, използван във филтри за електролизьор PEM?
+
-
За най-добра електрическа ефективност и защита от корозия, нивото на кислород трябва да бъде по-малко от 800 ppm (0,08%). Праховете с нива на кислород под 500 ppm може да работят по-добре в приложения с ултра-висока-производителност. От друга страна, индустриалните филтри могат да работят добре с нива на кислород до 1000 ppm. Точната нужда зависи от това как управлявате бизнеса си, колко плътен е токът и какви са целите ви за ефективност.
2. Как чистотата на синтерован метален прах влияе върху производствения процес на филтърни елементи?
+
-
В сравнение със замърсените материали, праховете с висока{0}}чистота се синтероват по-равномерно и при по-ниски температури, което пести енергия и увеличава промишлените резултати. Чистите прахове също имат по-добра здравина в зелено след пресоване, което ви позволява да правите форми с по-сложни форми и по-добър контрол на размерите. Премиум праховете имат постоянно поведение при синтероване, което намалява вариациите от партида до партида. Това прави контрола на качеството по-лесен и производството по-ефективно.
3. Мога ли да използвам синтерован метален прах на основата на неръждаема стомана или -никел вместо титан за PEM приложения?
+
-
Поради по-добрата си устойчивост на корозия в киселинни среди и добрата проводимост, титанът все още е най-добрият материал за PEM електролизни филтри. Материали на базата на-никел се използват в алкални електролизни системи, докато праховете от неръждаема стомана могат да работят за някои допълнителни части, които трябва да работят при по-малко взискателни условия. Изборът на материал трябва да се основава на задълбочен анализ на вашата работна среда, нужди от производителност и бюджет.
Вземете първокласен синтерован метален прах за вашите PEM електролизни филтри от NAVI Titanium
NAVI Titanium Metal Technology Co., Ltd. произвежда синтерован метален прах с ултра-висока{3}}чистота и синтеровани филтърни елементи, които са проектирани да работят с водородна енергия по много специфични начини. Нашите подобрени методи за производство на прах постигат нива на кислород под 500 ppm, което гарантира, че екраните на PEM електролизера имат най-добрата проводимост и устойчивост на корозия. С размери на порите, които могат да се променят от 5 до 80 микрометра и строг контрол на качеството по време на производството, ние можем да дадем на вашите водородни проекти последователните материали и надеждната производителност, от която се нуждаят.
Нашият експертен екип може да ви помогне да намерите най-добрите спецификации на праха за вашия проект, независимо дали правите следващото поколение електролизни системи или се опитвате да направите тези, които вече имате, да работят по-добре. Като надежден доставчик насинтерован метален прах, ние помагаме на клиентите да изберат правилните материали и да стартираме пълно-производство, като гарантираме, че филтрите ви работят възможно най-ефективно и издържат възможно най-дълго.
Изпратете ни имейл наsales@navititanium.comточно сега, за да говорим за вашите специфични нужди.
Референции
1. Кармо, М., Фриц, Д. Л., Мергел, Дж. и Столтен, Д. (2013 г.). „Изчерпателен преглед на PEM водна електролиза.“ Международен вестник за водородна енергия, 38 (12), 4901-4934.
2. Григориев, С. А., Фатеев, В. Н., Бесарабов, Д. Г. и Милет, П. (2020). „Текущо състояние, изследователски тенденции и предизвикателства в науката и технологиите за водна електролиза.“ Международен вестник за водородна енергия, 45 (49), 26036-26058.
3. Герман, RM (2014). „Синтероване: от емпирични наблюдения до научни принципи.“ Бътъруърт-Хайнеман, Оксфорд.
4. Шаленбах, М., Кармо, М., Фриц, Д.Л., Мергел, Дж., и Столтен, Д. (2013). „Електролиза на PEM вода под налягане: Ефективност и преминаване на газ.“ Международен вестник за водородна енергия, 38 (35), 14921-14933.
5. Lütjering, G. и Williams, JC (2007). „Титан (второ издание).“ Springer-Verlag, Берлин, Хайделберг.
6. Ито, Х., Маеда, Т., Накано, А. и Такенака, Х. (2011). „Свойства на титанов прах за филтри от порест метал, използвани в горивни клетки с полимерен електролит.“ Journal of Power Sources, 196 (16), 6762-6768.
