تحسين دقة نسبة خلط الملاط باستخدام أجهزة قياس الكثافة المضمنة

مجموعة لونميتر، الشركة الرائدة في تصنيع وتوريد أجهزة قياس الكثافة الخطية، كرّست عقودًا من الزمن لتقديم حلول احترافية لعملائها حول العالم. وقد ساعدت هذه الحلول العديد من المصانع الصناعية ومحطات الطاقة والمؤسسات المعدنية على خفض التكاليف وتحسين الكفاءة.

الدور الحاسم لخلط الملاط

يعتمد أداء مُركّبات الطاقة متعددة الأيونات (MEA) لخلايا وقود الهيدروجين بشكل كبير على تجانس واستقرار مُركّبات المحفز. على سبيل المثال، تتطلب مُركّبات الأنود 15% من مُحفّز Pt-C موزعًا بالتساوي في مذيب مختلط من 40% ماء منزوع الأيونات، و40% ميثانول، و5% محلول أيونومر؛ بينما تتطلب مُركّبات الكاثود نسبًا أعلى من المُحفّز (20%) والمادة الرابطة (10%). لا تؤثر هذه النسبة الدقيقة على الخصائص الفيزيائية للمُركّب فحسب، بل تؤثر أيضًا بشكل مباشر على توزيع المواقع النشطة التحفيزية وموصلية البروتون.

قد يؤدي عدم التحكم الجيد في كثافة المحفز إلى تكتله أو ترسيبه، مما يؤدي إلى تفاوت سمك المحفز المطلي، وبالتالي إلى تدهور الأداء العام للبطارية. على سبيل المثال، قد تشير الكثافة العالية إلى تبخر زائد للمحفز أو المذيب، مما يزيد من لزوجة المادة المائعة، ويسبب عيوبًا تشبه قشر البرتقال أو الثقوب الصغيرة أثناء الطلاء؛ بينما قد يشير انخفاض الكثافة إلى عدم كفاية المحفز، وعدم توفير مواقع تفاعل كافية، وانخفاض كفاءة البطارية.

حدود التحكم التقليدي في كثافة الملاط

يعتمد خلط ملاط ​​المحفزات التقليدي على الوزن اليدوي والاختبار غير المباشر في المرحلة الأولية. يتأخر هذا النهج كثيرًا عن العملية الفورية، إذ يستغرق الحصول على نتائج الاختبار من العينات عادةً من 15 إلى 30 دقيقة، وبحلول ذلك الوقت قد يكون الملاط قد دخل العملية التالية، مما يؤدي إلى هدر كبير في إعادة العمل.

تُواجه العمليات اليدوية صعوبة في اكتشاف تكتل جسيمات المحفز النانوي. إضافةً إلى ذلك، تُسبب عوامل مثل تغيرات درجة الحرارة وتبخر المذيبات تقلبات ديناميكية في الكثافة في المواد الملاطية، وهو ما لا تستطيع العمليات التقليدية تعويضه آنيًا، مما يُفاقم مخاطر عدم استقرار الجودة.

مبدأ العمل والمزايا التقنية

لمواجهة هذه التحديات، طوّر مهندسو لونميتر أجهزة قياس كثافة خطية تعتمد على مبدأ قوة كوريوليس، وتقيس تردد اهتزاز السوائل للحصول على بيانات كثافة آنية بدقة تصل إلى ±0.001 غ/سم³. في خلط الملاط لخلايا وقود الهيدروجين، يمكن تركيب أجهزة المراقبة عالية الدقة هذه عند مخرج خزانات الخلط أو أنابيب التوزيع لجمع بيانات الكثافة ودرجة الحرارة باستمرار، مع خوارزميات تعويضية تُلغي تأثير درجة الحرارة على الكثافة.

بالإضافة إلى مقاييس كثافة كوريوليس، طورت لونميتر أيضًا مقاييس كثافة خطية أخرى، مثل مقاييس كثافة شوكة الرنانة ومقاييس الكثافة بالموجات فوق الصوتية، لتوفير مستشعرات ذكية لمراقبة الكثافة تناسب ظروف العمل المختلفة. عند اكتشاف تجاوز كثافة ملاط ​​الكاثود للقيمة المستهدفة، يحسب النظام تلقائيًا الانحراف ويضيف كمية مناسبة من المذيب عبر مضخة قياس؛ إذا كانت الكثافة منخفضة جدًا، يُضاف سائل الأم المُشتت مسبقًا للمحفز. لا يقتصر دور هذا التحكم الديناميكي في الحلقة على تصحيح انحرافات الصيغة فحسب، بل يتنبأ أيضًا بالمشاكل المحتملة من خلال تحليل البيانات التاريخية. عندما تتجاوز تقلبات الكثافة الحدود المسموح بها، يُطلق النظام إنذارات لتحذير احتمالية عدم انتظام التشتت أو فصل الطور، مما يُجنّب حوادث جودة الدفعات.