تحسين دقة نسبة خلط الملاط باستخدام مقاييس الكثافة المدمجة

تُعدّ مجموعة لونميتر، الشركة الرائدة في تصنيع وتوريد أجهزة قياس الكثافة المدمجة، وقد كرّست عقودًا من الزمن لتقديم حلول احترافية لعملائها في جميع أنحاء العالم. وقد ساهمت هذه الحلول في مساعدة العديد من المصانع الصناعية ومحطات توليد الطاقة والشركات المعدنية على خفض التكاليف وتحسين الكفاءة.

الدور الحاسم لخلط الملاط

يعتمد أداء أغشية خلايا وقود الهيدروجين بشكل كبير على تجانس واستقرار معلقات المحفز. فعلى سبيل المثال، تتطلب معلقات الأنود 15% من محفز البلاتين-الكربون موزعة بشكل متجانس في مذيب مختلط مكون من 40% ماء منزوع الأيونات، و40% ميثانول، و5% محلول أيونومر؛ بينما تتطلب معلقات الكاثود نسبًا أعلى من المحفز (20%) والمادة الرابطة (10%). لا تؤثر هذه النسبة الدقيقة على الخصائص الفيزيائية للمعلق فحسب، بل تؤثر أيضًا بشكل مباشر على توزيع المواقع النشطة للمحفز وتوصيل البروتونات.

قد يؤدي عدم التحكم السليم في الكثافة إلى تكتل أو ترسب المحفز، مما ينتج عنه تفاوت في سمك طبقة المحفز المطلية، بل وحتى في أداء البطارية بشكل عام. على سبيل المثال، قد تشير الكثافة العالية إلى تبخر مفرط للمحفز أو المذيب، مما يزيد من لزوجة المادة المعلقة ويسبب عيوبًا مثل "قشرة البرتقال" أو "الثقوب الدقيقة" أثناء الطلاء؛ بينما قد تشير الكثافة المنخفضة إلى عدم كفاية المحفز، مما يؤدي إلى عدم توفير مواقع تفاعل كافية وانخفاض كفاءة البطارية.

قيود التحكم التقليدي في كثافة الملاط

تعتمد عملية خلط معلقات المحفزات التقليدية على الوزن اليدوي والاختبارات غير المتصلة بالإنترنت في المرحلة الأولية. يتخلف هذا النهج كثيراً عن العمليات التي تتم في الوقت الفعلي، إذ يستغرق الحصول على نتائج الاختبارات من العينات عادةً من 15 إلى 30 دقيقة، وخلال هذه الفترة قد يكون المعلق قد دخل المرحلة التالية، مما يؤدي إلى هدر كبير في إعادة العمل.

تواجه العمليات اليدوية صعوبة في رصد تكتل جزيئات المحفز النانوية. إضافةً إلى ذلك، تتسبب عوامل مثل تغيرات درجة الحرارة وتبخر المذيب في تقلبات ديناميكية في كثافة المواد المعلقة، وهو ما لا تستطيع العمليات التقليدية تعويضه في الوقت الفعلي، مما يزيد من مخاطر عدم استقرار الجودة.

مبدأ العمل والمزايا التقنية

لمعالجة هذه التحديات، طوّر مهندسو لونميتر أجهزة قياس كثافة مدمجة تعتمد على مبدأ قوة كوريوليس، والتي تقيس تردد اهتزاز السائل للحصول على بيانات كثافة آنية بدقة تصل إلى ±0.001 غ/سم³. في عملية خلط الملاط لخلايا وقود الهيدروجين، يمكن تركيب أجهزة المراقبة عالية الدقة هذه عند مخرج خزانات الخلط أو أنابيب الدوران لجمع بيانات الكثافة ودرجة الحرارة باستمرار، مع خوارزميات تعويضية تُزيل تأثير درجة الحرارة على الكثافة.

إلى جانب مقاييس الكثافة بتقنية كوريوليس، طورت شركة لونميتر مقاييس كثافة أخرى مدمجة، مثل مقاييس الكثافة بتقنية الشوكة الرنانة ومقاييس الكثافة بالموجات فوق الصوتية، لتوفير مستشعرات ذكية لمراقبة الكثافة في مختلف ظروف التشغيل. عند اكتشاف تجاوز كثافة معلق الكاثود للقيمة المستهدفة، يقوم النظام تلقائيًا بحساب الانحراف وإضافة كمية مناسبة من المذيب عبر مضخة قياس. أما إذا كانت الكثافة منخفضة جدًا، فيتم إضافة محلول الأم المحفز المشتت مسبقًا. لا يقتصر دور نظام التحكم الديناميكي هذا على تصحيح انحرافات التركيبة فحسب، بل يتنبأ أيضًا بالمشاكل المحتملة من خلال تحليل البيانات التاريخية. وعندما تتجاوز تقلبات الكثافة العتبات المحددة، يُطلق النظام إنذارات للتنبيه إلى احتمالية عدم تجانس التشتت أو انفصال الطور، مما يساهم في تجنب أي حوادث تتعلق بجودة الدفعة.