عملية دحرجة صفيحة الجرافيت ثنائية القطب

تُعدّ الصفيحة ثنائية القطب، والمعروفة أيضًا بصفيحة التجميع، أحد المكونات الأساسية لخلية الوقود. وتتمثل وظائفها وخصائصها فيما يلي: فصل الوقود عن المؤكسد، ومنع تسرب الغاز؛ وتجميع التيار وتوصيله، مع موصلية عالية؛ كما أن قناة التدفق المصممة والمعالجة تُوزّع الغاز بالتساوي على طبقة التفاعل في القطب الكهربائي لإتمام التفاعل. وتُصنع صفائح الجرافيت ثنائية القطب باستخدام عدة عمليات دحرجة.

1- طريقة دحرجة الصفائح متعددة الطبقات:

آلية عمل آلة الدرفلة المستمرة متعددة الطبقات: تُسحب القشرة من قضيب لف القشرة، ويُمرر اللاصق الموجود على جانبيها عبر أسطوانة طلاء المادة الرابطة، ثم تُدمج أسطوانة اللف مع القشرة لتشكيل لوح ثلاثي الطبقات. تُدرفل الألواح بين الأسطوانات حتى تصل إلى سمك محدد. بعد ذلك، تُنقل إلى جهاز التسخين للتسخين والتجفيف. ومن خلال التحكم في السماكة، تُدرفل الألواح حتى تصل إلى الحجم المطلوب، ثم تُرسل إلى جهاز التحميص. وعندما تتفحم المادة الرابطة، تُضغط في النهاية لتشكيلها باستخدام أسطوانة ضغط.

باستخدام طريقة الدرفلة المستمرة، يمكن ضغط ألواح الجرافيت المرنة بسماكة تتراوح بين 0.6 و2 مم، وهو ما يُعدّ أفضل من آلة الدرفلة أحادية الطبقة. إلا أن سماكة اللوح تُسبب عيوبًا في عملية فصل الطبقات، مما يُعيق الاستخدام. والسبب هو تراكم الغازات الزائدة في منتصف الطبقة البينية أثناء الضغط، مما يمنع التماسك الجيد بين الطبقات. ولتحسين الأداء، يجب معالجة مشكلة انبعاث الغازات أثناء عملية الضغط.

في عملية درفلة الألواح أحادية الطبقة، يكون سطح اللوح المضغوط أملسًا، ولكن ليس سميكًا جدًا. فعندما يكون سمك اللوح كبيرًا جدًا، يصعب ضمان تجانسه وكثافته. ولصنع ألواح سميكة، تُركّب ألواح متعددة الطبقات فوق بعضها وتُضغط لتشكيل ألواح مركبة متعددة الطبقات. تُضاف مادة رابطة بين كل طبقتين ثم تُدرفل. بعد التشكيل، تُسخّن الألواح لتفحيم المادة الرابطة وتصليدها. تُنفّذ عملية درفلة الألواح متعددة الطبقات على آلة درفلة مستمرة متعددة الطبقات.

2- طريقة الدرفلة المستمرة للصفائح أحادية الطبقة:

يتكون هيكل الأسطوانة من: (1) قادوس لجرافيت الدودة؛ (2) جهاز تغذية بالاهتزاز؛ (3) حزام ناقل؛ (4) أربع بكرات ضغط؛ (5) زوج من السخانات؛ (6) بكرة للتحكم في سمك الصفيحة؛ بكرات للنقش أو التشكيل؛ (8) وبكرة؛ (9) سكين قطع؛ (10) بكرة المنتج النهائي.

تتيح طريقة الدرفلة هذه ضغط الجرافيت المرن إلى صفائح بدون أي مادة رابطة، ويتم تنفيذ العملية بأكملها على معدات خاصة مزودة بأسطوانات درفلة.

آلية العمل: يدخل الجرافيت عالي النقاء إلى جهاز التغذية من القادوس ويسقط على سير ناقل. بعد دحرجته بواسطة أسطوانة الضغط، يتشكل طبقة من المادة بسماكة محددة. يقوم جهاز التسخين بتوليد حرارة عالية لإزالة الغاز المتبقي في طبقة المادة وتمديد الجرافيت غير المتمدد للمرة الأخيرة. ثم تُغذى المادة المشكلة مبدئيًا إلى الأسطوانة التي تتحكم في السماكة، وتُضغط مرة أخرى وفقًا للمقاس المحدد للحصول على صفيحة مسطحة ذات سماكة موحدة وكثافة معينة. أخيرًا، بعد القطع، تُلف الأسطوانة النهائية.

ما سبق هو شرح لعملية تشكيل الألواح ثنائية القطب المصنوعة من الجرافيت بالدرفلة، وأتمنى أن يكون هذا الشرح مفيدًا. بالإضافة إلى ذلك، تشمل المواد الكربونية الجرافيت، ومواد الكربون المقولبة، والجرافيت الموسع (المرن). تُصنع الألواح ثنائية القطب التقليدية من الجرافيت الكثيف وتُشكل على هيئة قنوات لتدفق الغاز. تتميز الألواح ثنائية القطب المصنوعة من الجرافيت بثبات خصائصها الكيميائية وانخفاض مقاومة التلامس مع غشاء التبادل الأيوني (MEA).