Placa bipolar de grafités un component clau utilitzat en equips electroquímics com ara piles de combustible i electrolitzadors, generalment fet de materials de grafit d'alta puresa. Té un paper vital en les reaccions electroquímiques, principalment utilitzada per conduir el corrent, distribuir gasos de reacció (com ara hidrogen i oxigen) i separar zones de reacció. Com que els seus dos costats entren en contacte amb l'ànode i el càtode de piles individuals adjacents, formant una estructura "bipolar" (un costat és el camp de flux de l'ànode i l'altre costat és el camp de flux del càtode), s'anomena placa bipolar.
L'estructura de la placa bipolar de grafit
Les plaques bipolars de grafit solen constar de les parts següents:
1. Camp de fluxLa superfície de la placa bipolar està dissenyada amb una estructura de camp de flux complexa per distribuir uniformement el gas de reacció (com ara hidrogen, oxigen o aire) i descarregar l'aigua generada.
2. Capa conductoraEl material de grafit en si té bona conductivitat i pot conduir el corrent de manera eficient.
3. Zona de segellatLes vores de les plaques bipolars solen estar dissenyades amb estructures de segellat per evitar fuites de gas i penetració de líquids.
4. Canals de refrigeració (opcional)En algunes aplicacions d'alt rendiment, es poden dissenyar canals de refrigeració dins de les plaques bipolars per regular la temperatura de funcionament de l'equip.
Funcions de les plaques bipolars de grafit
1. Funció conductora:
Com a elèctrode dels equips electroquímics, la placa bipolar és responsable de recollir i conduir el corrent per garantir una producció eficient d'energia elèctrica.
2. Distribució de gas:
Mitjançant el disseny del canal de flux, la placa bipolar distribueix uniformement el gas de reacció a la capa de catalitzador, promovent la reacció electroquímica.
3. Separació de zones de reacció:
En una pila de combustible o electrolitzador, les plaques bipolars separen les zones de l'ànode i el càtode, evitant que els gasos es barregin.
4. Dissipació i drenatge de calor:
Les plaques bipolars ajuden a regular la temperatura de funcionament de l'equip i a descarregar aigua o altres subproductes generats per la reacció.
5. Suport mecànic:
Les plaques bipolars proporcionen suport estructural a l'elèctrode de membrana, garantint l'estabilitat i la durabilitat de l'equip.
Per què escollir el grafit com a material de placa bipolar?
Propietats materials de plaques bipolars de grafit
●Alta conductivitat:
La resistivitat massiva del grafit és tan baixa com 10-15 μΩ·cm (millor que 100-200 μΩ·cm deplaca bipolar metàl·lica).
●Resistència a la corrosió:
Gairebé no hi ha corrosió en l'entorn àcid de les piles de combustible (pH 2-3), i la vida útil pot arribar a més de 20.000 hores.
●Lleuger:
La densitat és d'aproximadament 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 per a plaques bipolars metàl·liques), cosa que és beneficiosa per reduir el pes en aplicacions de vehicles.
●Propietat de barrera de gas:
L'estructura densa del grafit pot prevenir eficaçment la penetració d'hidrogen i té una alta seguretat.
●Processament fàcil:
El material de grafit és fàcil de processar i pot personalitzar dissenys i mides de canals de flux complexos segons les necessitats.
Com es fabriquen les plaques bipolars de grafit?
El procés de producció deplaca bipolar de grafitinclou el següent:
●Preparació de la matèria primera:
Utilitzeu grafit natural d'alta puresa (>99,9%) o pols de grafit artificial.
Afegiu resina (com ara resina fenòlica) com a aglutinant per millorar la resistència mecànica.
●Moldeig per compressió:
El material barrejat s'injecta en un motlle i es premsa a alta temperatura (200-300 ℃) i alta pressió (> 100 MPa).
●Tractament de grafitització:
L'escalfament a 2500-3000 ℃ en una atmosfera inert fa que els elements no carbonitzats es volatilitzin i formin una estructura densa de grafit.
●Processament del corredor:
Utilitzeu màquines CNC o làsers per tallar canals serpentejants, paral·lels o interdigitats (profunditat 0,5-1 mm).
●Tractament superficial:
La impregnació amb resina o recobriment metàl·lic (com ara or, titani) redueix la resistència al contacte i millora la resistència al desgast.
Quines són les aplicacions de les plaques bipolars de grafit?
1. Pila de combustible:
- Pila de combustible de membrana d'intercanvi de protons (PEMFC)
- Pila de combustible d'òxid sòlid (SOFC)
- Pila de combustible de metanol directe (DMFC)
2. Electrolitzador:
- Producció d'hidrogen per electròlisi de l'aigua
- Indústria cloro-àlcali
3. Sistema d'emmagatzematge d'energia:
- Bateria de flux
4. Indústria química:
- Reactor electroquímic
5. Recerca de laboratori:
- Desenvolupament i proves de prototips de piles de combustible i electrolitzadors
Resumir
Plaques bipolars de grafitsón components bàsics dels equips electroquímics com ara les piles de combustible i els electrolitzadors, i tenen múltiples funcions com ara la conductivitat, la distribució de gasos i la separació de les zones de reacció. Amb el desenvolupament de la tecnologia de les energies netes, les plaques bipolars de grafit s'utilitzen cada cop més en vehicles de nova energia, sistemes d'emmagatzematge d'energia, producció química d'hidrogen i altres camps.
Data de publicació: 31 de març de 2025