الصفيحة ثنائية القطب هي المكون الأساسي للمفاعل، ولها تأثير كبير على أدائه وتكلفته. حاليًا، تُقسم الصفيحة ثنائية القطب بشكل رئيسي إلى صفيحة جرافيت، وصفيحة مركبة، وصفيحة معدنية، وفقًا لموادها.
الصفيحة ثنائية القطب هي أحد المكونات الأساسية لخلايا الوقود الكهروكيميائية النبضية (PEMFC)، ويتمثل دورها الرئيسي في نقل الغاز عبر مجال التدفق السطحي، وجمع وتوصيل التيار والحرارة والماء الناتج عن التفاعل. يتراوح وزن كومة خلايا الوقود الكهروكيميائية النبضية (PEMFCs) بين 60% و80%، وتبلغ تكلفتها حوالي 30%، وذلك حسب نوع المادة. ووفقًا للمتطلبات الوظيفية للصفيحة ثنائية القطب، ونظرًا لبيئة التفاعل الكهروكيميائي الحمضية لخلايا الوقود الكهروكيميائية النبضية (PEMFC)، يجب أن تتمتع الصفيحة ثنائية القطب بمواصفات عالية من حيث التوصيل الكهربائي، وإحكام الهواء، والخصائص الميكانيكية، ومقاومة التآكل، وغيرها.
تنقسم اللوحة المزدوجة وفقًا للمواد بشكل أساسي إلى ثلاث فئات: لوحة الجرافيت، اللوحة المركبة، اللوحة المعدنية، اللوحة المزدوجة من الجرافيت هي الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر في اللوحة المزدوجة PEMFC المحلية، والموصلية الكهربائية، والموصلية الحرارية، والاستقرار الجيد ومقاومة التآكل والأداء الآخر ولكن الخصائص الميكانيكية الضعيفة نسبيًا، والهشاشة، وصعوبات التشغيل تؤدي إلى مشاكل التكلفة العالية التي يعاني منها العديد من الشركات المصنعة.
الجرافيتصفيحة ثنائية القطبمقدمة:
تتميز ألواح الجرافيت ثنائية القطب بموصلية كهربائية وحرارية جيدة ومقاومة للتآكل، وهي الأكثر استخدامًا في PEMFCS. ومع ذلك، فإن عيوبها أكثر وضوحًا: عادةً ما تتجاوز درجة حرارة الجرافيت 2500 درجة مئوية، وهو ما يتطلب إجراءات تسخين صارمة ووقتًا طويلاً؛ كما أن عملية التصنيع بطيئة ودورة طويلة ودقة عالية، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة ألواح الجرافيت؛ ولأن الجرافيت هش، فإن الألواح النهائية تتطلب معالجة دقيقة وصعوبة في التجميع؛ ولأن الجرافيت مسامي، فيجب أن يكون سمك الألواح بضعة ملليمترات للسماح بفصل الغازات، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة المادة نفسها، ولكن المنتج النهائي أثقل وزنًا.
تحضير الجرافيتصفيحة ثنائية القطب:
يُخلط مسحوق الحبر أو الجرافيت مع الراتنج الجرافيتي، ويُشكل بالضغط، ثم يُحوّل إلى جرافيتي عند درجة حرارة عالية (عادةً ما بين ٢٢٠٠ و٢٨٠٠ درجة مئوية) في جو مُختزل أو في ظروف الفراغ. بعد ذلك، تُشَرَّب صفيحة الجرافيت لإغلاق الفتحة، ثم تُستخدم آلة التحكم الرقمي لمعالجة مرور الغاز المطلوب على سطحها. يُعدّ الجرافيت وتشكيل قنوات الغاز عند درجات حرارة عالية السبب الرئيسي لارتفاع تكلفة الصفائح ثنائية القطب، حيث تُمثل عملية التشكيل ما يقرب من ٦٠٪ من إجمالي تكلفة خلايا الوقود.
صفيحة ثنائية القطبيُعدّ أحد أهمّ مكونات خلايا الوقود. وظائفه الرئيسية هي:
1. اتصال بطارية واحدة
2. توصيل الوقود (H2) والهواء (O2)
3. التحصيل والتوصيل الحالي
4. دعم المكدس وMEA
5. لإزالة الحرارة الناتجة عن التفاعل
6. تصريف المياه الناتجة عن التفاعل
وقت النشر: ٢٩ يوليو ٢٠٢٢