Nâng cao độ chính xác của tỷ lệ trộn bùn bằng cách sử dụng máy đo mật độ trực tuyến.

Tập đoàn Lonnmeter, nhà sản xuất và cung cấp hàng đầu các thiết bị đo mật độ đường ống, đã dành nhiều thập kỷ để cung cấp các giải pháp chuyên nghiệp cho khách hàng trên toàn thế giới. Những giải pháp này đã giúp nhiều nhà máy công nghiệp, nhà máy điện và doanh nghiệp luyện kim giảm chi phí và nâng cao hiệu quả.

Vai trò quan trọng của việc trộn bùn

Hiệu suất của các cụm điện cực màng (MEA) trong pin nhiên liệu hydro phụ thuộc rất nhiều vào tính đồng nhất và ổn định của hỗn hợp chất xúc tác. Ví dụ, hỗn hợp chất xúc tác anot cần 15% chất xúc tác Pt-C được phân tán đồng đều trong dung môi hỗn hợp gồm 40% nước khử ion, 40% metanol và 5% dung dịch ionomer; hỗn hợp chất xúc tác catot yêu cầu tỷ lệ chất xúc tác (20%) và chất kết dính (10%) cao hơn. Tỷ lệ chính xác này không chỉ ảnh hưởng đến các tính chất vật lý của hỗn hợp mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố các vị trí hoạt tính xúc tác và độ dẫn proton.

Kiểm soát mật độ không đúng cách có thể gây ra hiện tượng vón cục hoặc lắng đọng chất xúc tác, dẫn đến độ dày không đồng đều của lớp phủ chất xúc tác và ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của pin. Ví dụ, mật độ cao hơn có thể cho thấy sự bay hơi quá mức của chất xúc tác hoặc dung môi, làm tăng độ nhớt của hỗn hợp và gây ra các khuyết tật "vỏ cam" hoặc "lỗ kim" trong quá trình phủ; mật độ thấp hơn có thể cho thấy lượng chất xúc tác không đủ, không cung cấp đủ các vị trí phản ứng và làm giảm hiệu suất của pin.

Những hạn chế của phương pháp kiểm soát mật độ bùn truyền thống

Phương pháp trộn huyền phù xúc tác truyền thống dựa vào việc cân đo thủ công và kiểm tra ngoại tuyến ở giai đoạn sơ cấp. Cách tiếp cận này chậm hơn nhiều so với quy trình thời gian thực—việc thu được kết quả kiểm tra từ việc lấy mẫu thường mất 15-30 phút, trong thời gian đó huyền phù có thể đã được chuyển sang quy trình tiếp theo, dẫn đến lãng phí đáng kể do phải làm lại.

Các thao tác thủ công gặp khó khăn trong việc phát hiện sự kết tụ của các hạt xúc tác kích thước nano. Thêm vào đó, các yếu tố như thay đổi nhiệt độ và bay hơi dung môi gây ra sự dao động mật độ động trong hỗn hợp huyền phù, điều mà các quy trình truyền thống không thể bù đắp kịp thời, làm trầm trọng thêm nguy cơ mất ổn định chất lượng.

Nguyên lý hoạt động và ưu điểm kỹ thuật

Để giải quyết những thách thức này, các kỹ sư của Lonnmeter đã phát triển các thiết bị đo mật độ nội tuyến dựa trên nguyên lý lực Coriolis, đo tần số rung động của chất lỏng để thu được dữ liệu mật độ theo thời gian thực với độ chính xác lên đến ±0,001 g/cm³. Trong quá trình trộn bùn của pin nhiên liệu hydro, các thiết bị giám sát độ chính xác cao này có thể được lắp đặt ở đầu ra của các bể trộn hoặc đường ống tuần hoàn để liên tục thu thập dữ liệu về mật độ và nhiệt độ, với các thuật toán bù trừ giúp loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ đến mật độ.

Ngoài các thiết bị đo mật độ Coriolis, Lonnmeter cũng đã phát triển các thiết bị đo mật độ nội tuyến khác như thiết bị đo mật độ âm thoa và thiết bị đo mật độ siêu âm để cung cấp các cảm biến giám sát mật độ thông minh cho các điều kiện làm việc khác nhau. Khi phát hiện mật độ huyền phù catốt vượt quá giá trị mục tiêu, hệ thống sẽ tự động tính toán độ lệch và thêm một lượng dung môi thích hợp thông qua bơm định lượng; nếu mật độ quá thấp, dung dịch mẹ xúc tác đã được phân tán trước sẽ được thêm vào. Hệ thống điều khiển vòng lặp động này không chỉ điều chỉnh các sai lệch công thức mà còn dự đoán các vấn đề tiềm ẩn thông qua phân tích dữ liệu lịch sử. Khi sự dao động mật độ vượt quá ngưỡng, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo để nhắc nhở về khả năng phân tán không đồng đều hoặc tách pha, giúp tránh các sự cố về chất lượng lô hàng.