インライン密度計によるスラリー混合比の精度向上

インライン密度計の大手メーカー兼サプライヤーであるLonnmeter Groupは、世界中のお客様にプロフェッショナルなソリューションを提供することに数十年にわたり尽力してきました。これらのソリューションは、数多くの工場、発電所、冶金企業においてコスト削減と効率向上に貢献してきました。

スラリー混合の重要な役割

水素燃料電池MEAの性能は、触媒スラリーの均一性と安定性に大きく依存します。例えば、アノードスラリーでは、40%の脱イオン水、40%のメタノール、5%のイオノマー溶液の混合溶媒中に15%のPt-C触媒を均一に分散させる必要があります。一方、カソードスラリーでは、より高い触媒（20%）とバインダー（10%）の割合が必要です。この正確な比率は、スラリーの物理的特性に影響を与えるだけでなく、触媒活性点の分布とプロトン伝導性にも直接影響を及ぼします。

密度管理が適切でないと、触媒の凝集や沈殿が起こり、コーティングされた触媒の厚さが不均一になり、バッテリー全体の性能が低下する可能性があります。例えば、密度が高い場合は、触媒または溶媒の蒸発が過剰になり、スラリーの粘度が上昇してコーティング中に「オレンジピール」や「ピンホール」のような欠陥が発生する可能性があります。一方、密度が低い場合は、触媒が不足し、適切な反応場が確保されず、バッテリー効率が低下する可能性があります。

従来のスラリー密度制御の限界

従来の触媒スラリー混合は、一次プロセスにおいて手作業による計量とオフライン試験に依存しています。このアプローチはリアルタイムプロセスに大きく遅れをとっています。サンプリングから試験結果を得るまでに15～30分かかることが多く、その間にスラリーが次のプロセスに流れ込んでしまう可能性があり、大幅な手戻りが発生してしまいます。

手作業では、ナノスケールの触媒粒子の凝集を検出することが困難です。さらに、温度変化や溶媒の蒸発といった要因によってスラリーの密度が動的に変動しますが、従来のプロセスではこれをリアルタイムで補正することができず、品質の不安定性リスクがさらに高まります。

動作原理と技術的利点

これらの課題に対処するため、Lonnmeterのエンジニアはコリオリの力の原理に基づくインライン密度計を開発しました。この装置は流体の振動周波数を測定し、±0.001 g/cm³の精度でリアルタイムの密度データを取得します。水素燃料電池のスラリー混合において、これらの高精度モニタリング装置は混合タンクまたは循環パイプラインの出口に設置でき、温度が密度に与える影響を排除する補正アルゴリズムを備えています。

ロンメーターは、コリオリ密度計に加え、音叉式密度計や超音波密度計などのインライン密度計も開発し、様々な動作条件に対応するインテリジェントな密度監視センサーを提供しています。カソードスラリーの密度が目標値を超えたことを検出すると、システムは自動的に偏差を計算し、計量ポンプを通して適切な量の溶媒を追加します。密度が低すぎる場合は、事前に分散された触媒母液を追加します。この動的ループ制御は、処方の偏差を修正するだけでなく、履歴データ分析を通じて潜在的な問題を予測します。密度変動が閾値を超えると、システムはアラームを発し、不均一な分散や相分離の可能性を警告することで、バッチ品質の事故をさらに回避します。