Графитна биполярна плочае ключов компонент, използван в електрохимично оборудване като горивни клетки и електролизатори, обикновено изработен от високочисти графитни материали. Той играе жизненоважна роля в електрохимичните реакции, използвайки се главно за провеждане на ток, разпределение на реакционни газове (като водород и кислород) и разделяне на реакционните зони. Тъй като двете му страни контактуват с анода и катода на съседни единични клетки, образувайки „биполярна“ структура (едната страна е анодното поле на потока, а другата страна е катодното поле на потока), той се нарича биполярна пластина.
Структурата на графитната биполярна плоча
Графитните биполярни плочи обикновено се състоят от следните части:
1. Поле на потокаПовърхността на биполярната плоча е проектирана със сложна структура на полето на потока, за да разпределя равномерно реакционния газ (като водород, кислород или въздух) и да отвежда генерираната вода.
2. Проводим слойГрафитният материал сам по себе си има добра проводимост и може да провежда ток ефективно.
3. Зона на уплътняванеКраищата на биполярните плочи обикновено са проектирани с уплътнителни структури, за да се предотврати изтичане на газ и проникване на течности.
4. Охлаждащи канали (по избор)В някои високопроизводителни приложения, вътре в биполярните плочи могат да бъдат проектирани охлаждащи канали, за да се регулира работната температура на оборудването.
Функции на графитните биполярни плочи
1. Проводима функция:
Като електрод на електрохимичното оборудване, биполярната плоча е отговорна за събирането и провеждането на ток, за да осигури ефективно производство на електрическа енергия.
2. Разпределение на газ:
Чрез дизайна на проточния канал, биполярната плоча равномерно разпределя реакционния газ към катализаторния слой, насърчавайки електрохимичната реакция.
3. Разделяне на реакционните зони:
В горивна клетка или електролизатор, биполярните пластини разделят анодната и катодната област, предотвратявайки смесването на газове.
4. Разсейване на топлината и дренаж:
Биполярните плочи помагат за регулиране на работната температура на оборудването и изпускат вода или други странични продукти, генерирани от реакцията.
5. Механична опора:
Биполярните плочи осигуряват структурна опора за мембранния електрод, осигурявайки стабилност и издръжливост на оборудването.
Защо да изберете графит като материал за биполярни плочи?
Материални свойства на графитни биполярни плочи
●Висока проводимост:
Обемното съпротивление на графита е едва 10-15μΩ·cm (по-добро от 100-200 μΩ·cmметална биполярна плоча) .
●Устойчивост на корозия:
В киселинната среда на горивните клетки (pH 2-3) почти няма корозия, а експлоатационният живот може да достигне повече от 20 000 часа.
●Лека:
Плътността е около 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 за метална биполярна плоча), което е от полза за намаляване на теглото в превозните средства.
●Свойство на газова бариера:
Плътната структура на графита може ефективно да предотврати проникването на водород и има висока безопасност.
●Лесна обработка:
Графитният материал е лесен за обработка и може да персонализира сложни дизайни и размери на канали за поток според нуждите.
Как се произвеждат графитни биполярни плочи?
Производственият процес награфитна биполярна плочавключва следното:
●Подготовка на суровините:
Използвайте естествен графит с висока чистота (>99,9%) или изкуствен графитен прах.
Добавете смола (като фенолна смола) като свързващо вещество, за да подобрите механичната якост.
●Компресионно формоване:
Смесеният материал се инжектира в матрица и се пресова под висока температура (200-300℃) и високо налягане (>100 MPa).
●Графитизация:
Нагряването до 2500-3000℃ в инертна атмосфера води до изпаряване на невъглеродните елементи и образуване на плътна графитна структура.
●Обработка на бегач:
Използвайте CNC машини или лазери, за да издълбаете серпентинови, успоредни или преплетени канали (дълбочина 0,5-1 мм).
●Повърхностна обработка:
Импрегнирането със смола или метално (като злато, титан) покритие намалява контактното съпротивление и подобрява износоустойчивостта.
Какви са приложенията на графитните биполярни плочи?
1. Горивна клетка:
- Горивна клетка с протонообменна мембрана (PEMFC)
- Твърдооксидна горивна клетка (SOFC)
- Директна метанолова горивна клетка (DMFC)
2. Електролизатор:
- Производство на водород чрез електролиза на вода
- Хлор-алкална промишленост
3. Система за съхранение на енергия:
- Проточна батерия
4. Химическа промишленост:
- Електрохимичен реактор
5. Лабораторни изследвания:
- Разработване и тестване на прототипи на горивни клетки и електролизатори
Обобщете
Графитни биполярни плочиса основни компоненти на електрохимично оборудване, като горивни клетки и електролизатори, и имат множество функции, като проводимост, разпределение на газ и разделяне на реакционните зони. С развитието на технологиите за чиста енергия, графитните биполярни плочи се използват все по-често в превозни средства с нова енергия, системи за съхранение на енергия, производство на химически водород и други области.
Време на публикуване: 31 март 2025 г.