Водородната икономика се ускорява в световен мащаб и PEM (протонна обменна мембрана) технология за водна електролиза играе централна роля в производството на зелен водород. В рамките на тези системи,синтерован метален прахформира основата на критични филтърни компоненти, които осигуряват оперативна ефективност и дълголетие. Качеството на този прах-особено нивото му на чистота-директно определя дали вашето оборудване за електролиза работи надеждно или е изправено пред преждевременна повреда.
Професионалистите в производството, които търсят решения за филтър от синтерован порест метал, често пренебрегват една фундаментална истина: суровината е по-важна от формата на крайния продукт. Когато избирате синтерован метален прах на-базирана титан за вашите PEM филтърни приложения, вие вземате решение, което влияе върху проводимостта, устойчивостта на корозия и цялостната икономика на системата. Тази статия изследва защо титановият прах с висока-чистота стана-недоговаряем за усъвършенствани съоръжения за производство на водород и какви технически параметри всъщност управляват производителността в реални-условия.
Спечен метален прах
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
Защо високо{0}}чистият синтерован метален прах е важен за PEM филтрите?
PEM електролизаторите работят в сурови условия с ниско pH, висока плътност на тока и постоянно излагане на реакции, които освобождават кислород. Филтърните елементи в тези системи правят две неща: те разпръскват водата равномерно по повърхностите на електродите и отделят газовете едновременно. И за двете цели се нуждаете от материали, които могат да запазят формата си при електрическо напрежение.
Металните прахове със стандартен-клас имат примеси като желязо, въглерод и твърде много кислород, които правят структурата слаба, когато се синтерува. Когато киселинният ток преминава през тези материали, местата на примеси ускоряват локализираната ерозия. Като се отървем от тези слаби места с титанов прах с висока-чистота, се формира равномерен пасивиращ слой, който предпазва металната матрица отдолу. Това не е просто теория; полеви данни от работещи електролизатори показват, че филтрите, направени от 99,7% чист титанов прах, издържат повече от 40 000 часа, докато вариантите с по-нисък-клас трябва да се сменят след 15 000 часа.
Съдържанието на кислород контролира електрическите характеристики
Количеството въздух в синтерования метален прах променя колко добре той провежда електричество по основен начин. Титанът естествено има тънък оксиден слой, но когато се добави твърде много кислород по време на производството на прах, той създава вътрешни оксидни мрежи, които спират движението на електроните. Титановият прах с малко кислород (обикновено по-малко от 0,18% кислород спрямо теглото) поддържа металните връзки, които са необходими, за да може токът да протича добре през порести филтърни структури. Това е много важно при PEM приложения, където ефективността на напрежението пряко влияе върху разходите за производство на водород.
Физическите свойства насинтерован метален прахчастиците, а не само химическият им състав-, решават как да се слепват по време на топлинна обработка. Частиците, които са кръгли и имат тесен диапазон на размери, се събират по-равномерно, създавайки контролирани пори, които позволяват на нещата да преминават през тях. Когато частиците са ъглови или имат широк профил на разпределение, те създават различни форми на порите, което прави филтрацията по-малко точна и по-слаба. Контролът на морфологията на частиците обикновено е по-добър при производствени методи с висока -чистота, което означава, че производителите могат да получават едни и същи резултати от синтероване партида след партида.
Титанов прах- с висока чистота за производство на синтерован метален филтър
За да изберете правилния титанов прах за синтеровани филтърни елементи, трябва да знаете как спецификациите на праха влияят на производителността на крайния компонент. Има десетки различни видове прах и всеки има различна степен на чистота, диапазон от размери на частиците и начин на производство. Коя опция е най-добра за вас зависи от това от какво се нуждае вашата PEM система.
Титановият прах може да бъде направен по няколко различни начина, всеки от които води до материал със свои собствени свойства. Когато се случи пулверизиране на газ, се получават кръгли частици с големи свойства на течливост. Те са идеални за равномерно опаковане по време на формирането на филтърни елементи. Процесът на хидрид-дехидрид прави частици под ъгъл. Тези частици се свързват силно механично по време на синтероване, но могат да загубят част от способността си да преминават. Плазмената сфероидизация е най-добрият метод, тъй като създава ултра-чисти, точно сферични частици с много малко сателитно образуване. Тези частици позволяват най-прецизния контрол на размера на порите при филтриращи приложения.
Разпределението на размера на частиците на изходния прах има голям ефект върху това колко добре работи ситото от синтерован порест метал. Грубите прахове (45–75 μm) създават структури с висока пропускливост, които са добри за преместване на големи количества вода, докато фините прахове (5–20 μm) правят структури със стегната филтрация, които се отърват от замърсителите. Мулти-модалното разпределение използва набор от размери за създаване на градиентни структури, с големи слоеве за поддръжка и фини слоеве за фини филтри. При повечето приложения на PEM са необходими специални разпределения, за да се балансират нуждите от спад на налягането, точка на кипене и структурна здравина.
Степени на чистота и техните области на приложение
Има различни видове търговски титанов прах, вариращи от клас 1 (търговски чист) до варианти с висока -чистота, които са 99,9% титан. Материал с чистота от 99,5 до 99,7% се използва за направата на стандартни PEM филтри, които работят достатъчно добре за повечето задачи за електролиза. Въпреки че струва повече, 99,9% чист прах е необходим за изследователски-електролизатори или системи, които са предназначени да издържат много дълго време. Допълнителните разходи за чистота се изплащат чрез по-дълги ремонтни цикли и по-добра икономия на енергия.
Как качеството на синтерован метален прах от титан влияе върху производителността на PEM филтъра
Има повече от една връзка между качеството на праха и колко добре работи филтърът. Експлоатационните характеристики на крайния компонент се влияят от параметрите на обработка, консистенцията на прахообразната партида и дори условията на съхранение преди синтероване.
Свежите участъци от титанов прах са много реактивни, което улеснява движението на атомите по време на синтероване. Праховете, които са отлежали, получават по-здрави оксидни слоеве, които предотвратяват слепването на частиците. Това означава, че са необходими по-високи температури или по-дълго време за обработка, за да се получи същото ниво на уплътняване. Поради тези разлики в повърхностната химия, различни количества прах от един и същ продавач понякога могат да направят сита с различни нива на порьозност. Висока-чистотасинтерован метален прахдоставчиците използват контролирани методи за съхранение и стъпки за повърхностна обработка, за да гарантират, че всички производствени партиди имат едно и също ниво на активност на синтероване.
Системи за проследяване за съгласуваност от-до-партида
За търговски PEM инсталации са необходими стотици едни и същи филтърни елементи. За да се получи толкова много, прахообразните партиди трябва да имат много малко разлики в свойствата си. Усъвършенстваните доставчици следят всяка прахообразна партида чрез химически тестове, определяне на размера на частиците и дори тестове за синтероване на проби. Тази документация позволява на производителите на филтри да променят настройките за обработка преди време, вместо да откриват проблеми при тестване на качеството на крайните части.
Дори много чистата суровина може да стане по-малко полезна, ако се борави неправилно. Податливите- на корозия примеси се внасят от замърсяване с желязо от обработващо оборудване. Поемането на повече влага повишава нивото на кислорода. Кръстосаното-замърсяване между видовете прах прави процеса на синтероване непредвидим. Професионалните-производители на филтри за синтерован метал обработват праха в чиста стая, използват отделни инструменти за различни нива на чистота и редовно проверяват за замърсяване, за да поддържат високото качество на материала от достигането му до крайната стъпка на синтероване.
Коефициенти на чистота на синтерован метален прах за дългосрочни приложения на PEM филтри-
Как филтърните материали реагират на дългосрочен-електрохимичен контакт определя колко надеждни са PEM системите в дългосрочен план. Тестовете за ефективност, които се правят за кратки периоди от време, не показват как нещата се развалят след хиляди часове употреба.
Малки количества желязо в титанов прах образуват галванични партньори, които ускоряват корозията в киселинни течности. По време на синтероването въглеродните примеси се превръщат в титанов карбид, който след това става най-доброто място за разтваряне на материала по време на работа. Дори неща, които не изглеждат опасни, като силиций, могат да променят свойствата на пасивния филм на титана, който го предпазва от атака. Версиите на прах с висока-чистота намаляват тези начини, по които филтрите се разграждат, така че могат да запазят структурата и способността си да филтрират за по-дълги периоди от време.
По време на пускане, спиране и{0}}зареждане след работа, електролизерите PEM преминават през термични цикли. Тези промени в температурата причиняват напрежения в твърдите структури да се разширяват и свиват. Когато филтрите са направени от прах с висока -чистота, микроструктурите са по-правилни, което разпределя напреженията широко и спира появата на пукнатини. Материалите, които не са толкова чисти, често имат петна, където не са синтеровани напълно или където има дупки. Тези зони са подложени на голямо напрежение и в крайна сметка се счупват поради износване.
Химическа стабилност при работни потенциали
Електрическият потенциал вътре в PEM клетките може да стане толкова висок, че дори титанът да не реагира с него. Материалите, които са много чисти, правят пасивни слоеве, които са по-защитни и остават стабилни в по-широк диапазон от потенциали. Това е особено важно при дизайни на асиметрични клетки, където филтърните елементи от страната, която освобождава кислород, трябва да се справят с условия, които са много окислителни. Разликата в чистотата между 99,5% и 99,8% може да не изглежда голяма, но това означава, че материалът ще бъде много по-устойчив на ръжда в тези тежки условия.
Как високо{0}}чистият титанов прах подобрява надеждността на порестия филтър
Разходите за даден проект са пряко повлияни от това колко надеждни са инструментите, използвани за производството на водород. Непланираната поддръжка води до загуба на продукция, високи разходи за резервни части и високи разходи за труд, които намаляват печалбите. Колко надежден е филтърът зависи от качеството на праха, който е използван за направата му.
Нормално е за филтри, направени от еднаква, висока-чистотасинтерован метален прахда загубят част от ефективността си с течение на времето. Вместо да правят предположения, операторите могат да използват реални данни за употреба, за да планират поддръжката. Тази предвидимост улеснява проследяването на резервните части и по-ефективното планиране на поддръжката. Когато качеството на праха се промени, моделите на повреда са трудни за предвиждане. Това кара работниците да ремонтират части твърде често, което повишава разходите, без да е необходимо.
Намалено освобождаване на замърсяване в електролита
Когато PEM системата работи, праховете, които не са толкова чисти, могат да отделят примеси в електролита. Тези замърсители нарушават функцията на мембраната, вредят на катализаторите и означават, че електролитът трябва да се сменя по-често. Титанов прах с висока-чистост блокира този път на замърсяване, като защитава частите по-надолу по линията и удължава времето между посещенията за поддръжка на системата. Когато не се налага да сменяте катализатори или мембрани, допълнителните разходи за качествен прах нямат голямо значение.
Професионалните компании, които произвеждат синтеровани метални филтри, издават сертификати за материалите, които изброяват науката за праха, размера на частиците и производствените методи. Чрез използването на тези сертификати крайните потребители могат да бъдат сигурни, че филтърните части са направени с правилните материали за техните нужди. Производителите на прах с висока -чистота следват системите за управление на качеството ISO 9001 и често имат допълнителни сертификати за използване при производство на водород. Това е доказателство, че материалът е подходящ и може да се докаже.
Заключение
Изборът на правилния синтерован метален прах за направата на PEM филтри е много важен избор, който влияе върху това колко добре работи системата, колко струва да работи и колко поддръжка се нуждае от години след инсталирането. Когато става въпрос за устойчивост на ръжда, електрическа проводимост и дългосрочна-надеждност, титановият прах с висока-чистота има ясни предимства, които поддържат високата му цена. Тъй като производството на водород расте по света, компаниите, които поставят качествените материали на първо място, ще имат предимство пред своите конкуренти, тъй като техните системи ще се задействат по-често и ще струват по-малко като цяло.
Познаването на техническите връзки между чистотата на праха, характеристиките на частиците и ефективността на филтъра ви помага да направите интелигентен избор какво да купите. Успешните проекти разглеждат цялостната икономика на жизнения цикъл на избраните от тях материали, вместо само първоначалните разходи. Стойността се добавя от праха с висока-чистота чрез удължаване на сервизните интервали, правене на графиците за поддръжка по-предсказуеми и защита на скъпите части по-нататък. Тези предимства нарастват през десетилетията, през които промишлените инсталации за електролиза обикновено продължават да се използват.
ЧЗВ
1. Какво ниво на чистота на титанов прах се изисква за PEM електролизни филтри?
+
-
Титанов прах с ниво на чистота между 99,5% и 99,9% обикновено е необходим за PEM електролизиращи филтри. Точната чистота, от която се нуждаете, зависи от това как планирате да го използвате и колко дълго очаквате да издържи. Системите, които трябва да се обслужват на всеки 40 000 часа или повече, трябва да използват типове с чистота 99,7% или по-висока, защото са по-устойчиви на ръжда и запазват проводимостта си за дълги периоди от време. Опциите с по-ниска-чистота може да работят за по-малко взискателни задачи, но те трябва да се сменят по-често, което повишава цената през целия им живот.
2. Как съдържанието на кислород в синтерован метален прах влияе върху проводимостта на филтъра?
+
-
Количеството кислород в синтерованите титанови филтри има пряк ефект върху това колко добре провеждат електричество. Титановият прах с по-малко от 0,18% кислород спрямо теглото поддържа повечето от връзките между металите здрави, което позволява на електроните да се движат лесно през порестата структура. Когато нивото на кислород е по-високо, вътре в материала се образуват мрежи от титанов оксид. Тези мрежи блокират потока на ток, което намалява електрохимичната ефективност. В PEM системите тази разлика в проводимостта води до измерими загуби на напрежение, което повишава цената на енергията на килограм произведен водород.
3. Могат ли да се смесват различни разпределения на размера на частиците, за да се създадат градиентни филтърни структури?
+
-
Когато комбинирате различни разпределения на размера на частиците в един филтърен елемент, получавате градиентни структури, които са проектирани да бъдат силни и ефективни при филтриране. Слоевете с едър прах (45–75 μm) поддържат структурата и пропускат много течности, докато слоевете с фин прах (5–20 μm) филтрират прецизно и се разнасят равномерно. За да се гарантира, че слоевете се слепват правилно и че зоните на порьозност остават разделени, този много-слоен метод се нуждае от внимателен контрол на процеса по време на наслояване на прах и синтероване.
Готови ли сте да оптимизирате производителността на своя PEM филтър с първокласен синтерован метален прах?
NAVI Titanium прави титанов прах с висока-чистота и ниско{1}}кислород, който е проектиран да работи в трудни ситуации на PEM водна електролиза. Нашите персонализирани прахови смеси създават еднакви размери на отворите между 5 и 80 микрометра, което улеснява преминаването на вода и газ, като същевременно е много проводящо и устойчиво на ръжда. Като надежден продавач насинтерован метален прах, ние предлагаме пълна техническа поддръжка, от избора на правилния прах до гарантирането, че процесът на синтероване работи най-добре. По този начин можем да се уверим, че вашите филтърни елементи отговарят на строгите стандарти за комерсиално производство на водород.
Нашите познания в металите и методите за контрол на качеството гарантират, че всяка партида е една и съща, което прави възможно лесното преминаване от правенето на прототипи към производството на много от тях. NAVI Titanium има материални решения, които водят до подобрения на производителността, независимо дали правите части за електролизери от следващо-поколение или се опитвате да направите съществуващите филтри по-надеждни.
Свържете се с нашия технически екип днес наsales@navititanium.comза да обсъдите вашите специфични изисквания за PEM филтър и да откриете как нашите първокласни решения за титанов прах могат да подобрят вашите системи за производство на водород.
Референции
1. Carmo, M., Fritz, DL, Mergel, J. и Stolten, D. „Изчерпателен преглед на PEM водна електролиза“. Международен журнал за водородна енергия, том. 38, №. 12, 2013 г., стр. 4901-4934.
2. Григориев, С. А., Фатеев, В. Н., Бесарабов, Д. Г. и Милет, П. „Текущо състояние, изследователски тенденции и предизвикателства в науката и технологиите за водна електролиза“. Международен журнал за водородна енергия, том. 45, №. 49, 2020 г., стр. 26036-26058.
3. Schalenbach, M., Carmo, M., Fritz, DL, Mergel, J. и Stolten, D. „Електролиза на PEM вода под налягане: Ефективност и пресичане на газ“. Международен журнал за водородна енергия, том. 38, №. 35, 2013 г., стр. 14921-14933.
4. Sun, S., Shao, Z., Yu, H., Li, G. и Yi, B. „Изследвания върху разграждането на стека за водна електролиза на дългосрочната-протонообменна мембрана.“ Journal of Power Sources, Vol. 267, 2014, pp. 515-520.
5. Герман, RM "Теория и практика на синтероване." John Wiley & Sons, Ню Йорк, 1996 г., стр. 213-267.
6. Ayers, KE, Anderson, EB, Capuano, C., Carter, B., Dalton, L., Hanlon, G., Manco, J. и Niedzwiecki, M. „Изследователски напредък към ниска цена, високоефективна PEM електролиза.“ ECS Transactions, том. 33, №. 1, 2010 г., стр. 3-15.
