1. ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับโครงการ
ด้วยแรงผลักดันจากการเติบโตอย่างรวดเร็วของตลาดแบตเตอรี่พลังงานใหม่และซูเปอร์คาปาซิเตอร์ในยุโรป ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์วัสดุชั้นนำในฝรั่งเศส (ต่อไปนี้จะเรียกว่า “ลูกค้า”) กำลังพัฒนาสารตั้งต้นคาร์บอนพรุนประสิทธิภาพสูงชนิดใหม่ วัสดุนี้มีลักษณะเด่นคือพื้นที่ผิวจำเพาะสูงและโครงสร้างรูพรุนที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญสำหรับอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานรุ่นใหม่.
อย่างไรก็ตาม ในช่วงเปลี่ยนผ่านจากขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาไปสู่การผลิตในระดับนำร่อง ลูกค้าประสบปัญหาทางเทคนิคอย่างมาก:
- การบดเชิงกลแบบดั้งเดิมทำให้โครงสร้างคาร์บอนที่มีรูพรุนพังทลายลง ส่งผลให้พื้นที่ผิวจำเพาะลดลงอย่างมาก.
- ที่มีอยู่เดิม โรงสีเจ็ท อุปกรณ์ไม่สามารถควบคุมได้อย่างเสถียร ขนาดอนุภาค การกระจายตัว (D50) ภายในช่วงแคบๆ 5-8 ไมโครเมตร ในขณะที่ยังคงรักษาอัตราการผลิตสูงที่ 10-15 กิโลกรัมต่อชั่วโมง.
- ปัญหาที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องคือปริมาณผงละเอียดที่ได้มีน้อย.
ด้วยเหตุนี้ ลูกค้าจึงต้องการระบบบดและคัดแยกแบบแห้งที่ปรับแต่งได้ตามความต้องการ ซึ่งสามารถบดได้โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายมากนัก ควบคุมการกระจายขนาดอนุภาคได้อย่างแม่นยำ และมีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูง.
2. ความท้าทายทางเทคนิค
- ความไวต่อวัสดุ: คาร์บอนที่มีรูพรุนนั้นเปราะบางแต่โครงสร้างก็อ่อนแอ การกระแทกมากเกินไปอาจทำลายโครงสร้างไมโครรูพรุน ส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าในขั้นสุดท้าย.
- ข้อกำหนดขนาดอนุภาคที่เข้มงวด: ค่า D50 ที่ต้องการคือ 5-8 ไมโครเมตร โดยมีการกระจายตัวแคบ (ค่า Span ต่ำ) ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเพื่อป้องกันไม่ให้อนุภาคขนาดใหญ่ส่งผลกระทบต่ออิเล็กโทรด การเคลือบ เพื่อความสม่ำเสมอและลดการจับตัวเป็นก้อนที่เกิดจากฝุ่นละอองละเอียดเกินไป.
- การสร้างสมดุลระหว่างปริมาณงานและความแม่นยำ: การรักษาความแม่นยำในการจำแนกประเภทให้อยู่ในระดับสูงที่อัตราการผลิตนำร่อง/ชุดการผลิตขนาดเล็กที่ 10-15 กก./ชม. นั้นพิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องยาก.
- การกู้คืนผงละเอียด: เนื่องจากขนาดอนุภาคเป้าหมายที่ละเอียดมาก เครื่องแยกแบบไซโคลนแบบดั้งเดิมจึงไม่สามารถดักจับผงในช่วง 5-8 ไมโครเมตรได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้เกิดการสูญเสียผลิตภัณฑ์และปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม.
3. วิธีแก้ปัญหา: ผงมหากาพย์ ปรับแต่งตามต้องการ เจ็ตมิลล์ ระบบสำหรับการบดละเอียดพิเศษของคาร์บอนพรุน
เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ เราจึงนำเสนอโซลูชันแบบบูรณาการโดยอิงจาก ผงมหากาพย์ เทคโนโลยีหลัก ระบบประกอบด้วยโมดูลหลักสามส่วน:
3.1 หน่วยบดละเอียดหลัก: เครื่องบดแบบเจ็ทผง Epic
- หลักการ: ใช้หลักการชนกันของก๊าซความเร็วเหนือเสียง วัสดุจะถูกบดอัดโดยการชนกันเองขณะที่ถูกพาไปโดยกระแสก๊าซความเร็วสูง แทนที่จะกระแทกกับผนังห้อง.
- ข้อดี:
- ลดการสึกหรอและลดการปนเปื้อน: ช่วยขจัดสิ่งปนเปื้อนจากการสึกหรอของโลหะ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวัสดุคาร์บอนที่มีความบริสุทธิ์สูง.
- การบดที่อุณหภูมิต่ำ: ใช้ประโยชน์จากผลของการขยายตัวของก๊าซที่ช่วยลดอุณหภูมิ เพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหรือความเสี่ยงต่อการเกิดออกซิเดชันในคาร์บอนที่มีรูพรุนอันเนื่องมาจากอุณหภูมิสูงขึ้น.
- สามารถควบคุมความเข้มข้นได้: พลังงานในการบดถูกควบคุมอย่างแม่นยำโดยการปรับแรงดันของหัวฉีดและอัตราการป้อน เพื่อปกป้องโครงสร้างรูพรุน.
3.2 หน่วยจำแนกความแม่นยำ: เครื่องจำแนกอากาศแบบเทอร์โบประสิทธิภาพสูง
- การกำหนดค่า: เครื่องคัดแยกแบบเทอร์โบความแม่นยำสูงที่ผสานรวมเข้ากับเครื่องบดแบบเจ็ทโดยตรง.
- การทำงาน: การแยกอนุภาคหยาบและละเอียดแบบเรียลไทม์ เฉพาะผงละเอียดที่มีขนาดตามมาตรฐาน D50 5-8 μm เท่านั้นที่จะผ่านล้อคัดแยกเข้าสู่ระบบเก็บรวบรวม ในขณะที่อนุภาคหยาบจะกลับไปยังห้องบดโดยอัตโนมัติเพื่อทำการบดซ้ำอีกครั้ง.
- ผล: ช่วยให้ได้การกระจายขนาดอนุภาคที่แคบมาก ทำให้สามารถควบคุมค่า D90 ได้อย่างเข้มงวดโดยไม่มีอนุภาคขนาดใหญ่เกินไป.
3.3 หน่วยรวบรวมนวัตกรรม: เครื่องแยกไซโคลนพร้อมระบบอากาศรอง
- จุดเด่นทางเทคนิค: นี่คือหัวใจสำคัญของนวัตกรรมในกรณีนี้ เพื่อแก้ปัญหาความยากลำบากในการดักจับผงละเอียดขนาด 5-8 ไมโครเมตร เราจึงนำเทคโนโลยีอากาศรองมาใช้ที่ด้านล่างของเครื่องแยกไซโคลนมาตรฐาน.
- หลักการทำงาน:
- อากาศรองจะถูกฉีดเข้าไปในแนวสัมผัสหรือแนวแกนจากส่วนล่างของกรวยไซโคลน ทำให้เกิดม่านอากาศพุ่งขึ้นด้านบน.
- ม่านอากาศนี้ช่วยป้องกันไม่ให้ผงละเอียดที่ตกค้างถูกพัดกลับเข้าไปโดยกระแสลมขึ้นตรงกลาง (การพัดกลับ) และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของสนามการไหลภายในโดยลดการรบกวนจากความปั่นป่วน.
- ระบบนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเก็บรวบรวมผงละเอียดขนาด 5-10 ไมโครเมตรได้อย่างมาก ทำให้ผลผลิตโดยรวมของระบบเพิ่มขึ้นมากกว่าเดิม 98%.
4. พารามิเตอร์กระบวนการและข้อมูลการดำเนินงาน
หลังจากทำการทดสอบระบบและปรับแต่งให้เหมาะสมในสถานที่จริงแล้ว ระบบการบดละเอียดพิเศษของคาร์บอนพรุนสามารถทำงานได้อย่างเสถียรภายใต้พารามิเตอร์ต่อไปนี้:
| พารามิเตอร์ | การตั้งค่า / ผลลัพธ์ | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| วัสดุที่ผ่านกระบวนการ | สารตั้งต้นคาร์บอนพรุนของฝรั่งเศส | ค่า D50 เริ่มต้น ≈ 40-50 μm |
| ขนาดอนุภาคเป้าหมาย (D50) | 6.2 ไมโครเมตร | ควบคุมได้อย่างเสถียรในช่วง 5-8 ไมโครเมตร |
| อัตราการไหลผ่าน | 12.5 กก./ชม. | ตรงตามข้อกำหนดด้านการออกแบบที่ 10-15 กก./ชม. |
| ความแม่นยำในการจำแนกประเภท (ช่วง) | < 1.2 | การกระจายตัวที่แคบมาก |
| ผลผลิตของระบบ | > 98.5% | เป็นผลมาจากเทคโนโลยีไซโคลนอากาศทุติยภูมิ |
| การคงพื้นที่ผิวจำเพาะ | > 99% | พื้นที่ผิว BET ลดลงเล็กน้อยหลังการบด |