In de productie van waterstofbrandstofcellen fungeert de membraanelektrode-assemblage (MEA) als de kerncomponent voor energieomzetting en bepaalt deze direct het rendement en de levensduur van de batterij. De eerste stap in de MEA-productie via warmteoverdracht is het mengen van de katalysatorslurry – een cruciale stap die de kwaliteit van het eindproduct beïnvloedt. Dit proces vereist een nauwkeurige menging van Pt-C-katalysatoren, oplosmiddelen en bindmiddelen om een gelijkmatig verdeeld, stabiel mengsel te vormen.
Bij traditionele mengmethoden is het lastig om de verhouding van elk component en de dispersietoestand nauwkeurig te controleren, wat leidt tot problemen zoals een ongelijkmatige coating en verminderde katalytische activiteit in de daaropvolgende stappen. De toepassing vaninline dichtheidsmeters biedt een baanbrekende oplossing die nauwkeurige regulering van componentverhoudingen en dispersie-effecten mogelijk maakt door middel van realtime monitoring van veranderingen in de slurrydichtheid.
Lonnmeter Group, een toonaangevende fabrikant en leverancier van inline dichtheidsmeters, heeft zich decennialang ingezet voor het leveren van professionele oplossingen aan klanten wereldwijd. Deze oplossingen hebben talloze industriële fabrieken, energiecentrales en metallurgische bedrijven geholpen om kosten te verlagen en de efficiëntie te verbeteren.
De cruciale rol van het mengen van slurry
De prestaties van waterstofbrandstofcel-MEA's zijn sterk afhankelijk van de uniformiteit en stabiliteit van de katalysatorsuspensie. Zo vereist een anodesuspensie bijvoorbeeld 15% Pt-C-katalysator, uniform verdeeld in een gemengd oplosmiddel van 40% gedemineraliseerd water, 40% methanol en 5% ionomeeroplossing; kathodesuspensies vereisen een hoger aandeel katalysator (20%) en bindmiddel (10%). Deze precieze verhouding beïnvloedt niet alleen de fysische eigenschappen van de suspensie, maar heeft ook een directe invloed op de verdeling van de katalytisch actieve plaatsen en de protongeleidbaarheid.
Onjuiste dichtheidscontrole kan leiden tot agglomeratie of sedimentatie van de katalysator, met als gevolg een ongelijkmatige dikte van de gecoate katalysator en zelfs een negatieve invloed op de algehele batterijprestaties. Een hogere dichtheid kan bijvoorbeeld wijzen op overmatige verdamping van de katalysator of het oplosmiddel, waardoor de viscositeit van de slurry toeneemt en er tijdens het coaten "sinaasappelschil"- of "gaatjes"-achtige defecten ontstaan; een lagere dichtheid kan duiden op onvoldoende katalysator, waardoor er onvoldoende reactieplaatsen beschikbaar zijn en de batterijefficiëntie afneemt.
Beperkingen van traditionele methoden voor het beheersen van de mestdichtheid
De traditionele methode voor het mengen van katalysatorslurry is gebaseerd op handmatig wegen en offline testen in de primaire fase. Deze aanpak loopt sterk achter op realtime processen: het verkrijgen van testresultaten na bemonstering duurt vaak 15 tot 30 minuten, tegen die tijd kan de slurry al in het volgende proces zijn beland, wat leidt tot aanzienlijke herwerking en verspilling.
Handmatige processen hebben moeite met het detecteren van agglomeratie van katalysatordeeltjes op nanoschaal. Bovendien veroorzaken factoren zoals temperatuurschommelingen en verdamping van oplosmiddelen dynamische dichtheidsfluctuaties in suspensies, waar traditionele processen niet in realtime rekening mee kunnen houden, waardoor het risico op kwaliteitsinstabiliteit verder toeneemt.
Werkingsprincipe en technische voordelen
Om deze uitdagingen aan te pakken, hebben ingenieurs van Lonnmeter inline dichtheidsmeters ontwikkeld op basis van het Coriolis-krachtprincipe. Deze meters meten de trillingsfrequentie van vloeistoffen om realtime dichtheidsgegevens te verkrijgen met een precisie tot ±0,001 g/cm³. Bij het mengen van slurry voor waterstofbrandstofcellen kunnen deze uiterst nauwkeurige meetinstrumenten worden geïnstalleerd aan de uitgang van mengtanks of circulatieleidingen om continu dichtheids- en temperatuurgegevens te verzamelen. Compensatiealgoritmen elimineren de invloed van temperatuur op de dichtheid.
Naast Coriolis-dichtheidsmeters heeft Lonnmeter ook andere inline-dichtheidsmeters ontwikkeld, zoals stemvorkdichtheidsmeters en ultrasone dichtheidsmeters, om intelligente dichtheidsbewakingssensoren te bieden voor verschillende werkomstandigheden. Wanneer wordt gedetecteerd dat de dichtheid van de kathodesuspensie de streefwaarde overschrijdt, berekent het systeem automatisch de afwijking en voegt het een geschikte hoeveelheid oplosmiddel toe via een doseerpomp; als de dichtheid te laag is, wordt voorgedispergeerde katalysatormoedervloeistof toegevoegd. Deze dynamische regelkring corrigeert niet alleen afwijkingen in de formule, maar voorspelt ook potentiële problemen door middel van analyse van historische gegevens. Wanneer dichtheidsschommelingen drempelwaarden overschrijden, activeert het systeem alarmen om te waarschuwen voor mogelijke niet-uniforme dispersie of fasescheiding, waardoor kwaliteitsincidenten in batches verder worden voorkomen.
Resultaten van continue dichtheidsmonitoring
Verbeterde stabiliteit van de brandstofcel
De inline dichtheidsmeters van Lonnmeter hebben brandstofcelfabrikanten geholpen aanzienlijke doorbraken te bereiken in het mengen van katalysatorslurry. Door realtime monitoring en intelligente regeling zijn de fluctuaties in de slurrydichtheid drastisch verminderd van ±0,03 g/cm³ tot ±0,001 g/cm³. Deze verbetering verhoogt direct de productconsistentie en prestatiestabiliteit, waardoor de vermogensdichtheid van de brandstofcel van een bedrijf met 15% toeneemt.
Aanzienlijk verbeterde productie-efficiëntie
De productietijd voor individuele batches is verkort, met een jaarlijkse besparing van meer dan $300.000 aan materiaal- en herwerkkosten. Bovendien heeft de toepassing van inline dichtheidsmeters het gehele proces geoptimaliseerd. Geïntegreerd met DCS-systemen maken deze meters volledig gedigitaliseerd beheer mogelijk, van formulebeheer tot kwaliteitscontrole, en leggen ze de basis voor grootschalige productie van waterstofbrandstofcellen.
Van grote betekenis voor de waterstofenergie-industrie
Als belangrijke drager van schone energie staan waterstofbrandstofcellen voor de dubbele uitdaging om de prestaties te verbeteren en de kosten te verlagen. De toepassing van inline-dichtheidsmetertechnologie lost niet alleen belangrijke procesproblemen in de MEA-productie op, maar stimuleert ook technologische verbetering in de gehele keten van de waterstofenergie-industrie.
Als u op zoek bent naarinline proces sensorenOm kosten te verlagen en de efficiëntie in geautomatiseerde productie te verhogen, is de intelligente instrumentatie van Lonnmeter een ideale keuze. Het bedrijf biedt aan...100 gratis samples wereldwijd—De voorraad is beperkt, dus wees er snel bij! Neem contact met ons op voor een gratis oplossing op maat en vraag gratis samples aan.
Geplaatst op: 6 juni 2025
