Grafitová bipolární deskaje klíčovou součástí používanou v elektrochemických zařízeních, jako jsou palivové články a elektrolyzéry, obvykle vyrobenou z vysoce čistých grafitových materiálů. Hraje zásadní roli v elektrochemických reakcích, používá se hlavně k vedení proudu, distribuci reakčních plynů (jako je vodík a kyslík) a oddělení reakčních oblastí. Protože se její dvě strany dotýkají anody a katody sousedních jednotlivých článků a vytvářejí „bipolární“ strukturu (jedna strana je anodové pole proudění a druhá strana katodové pole proudění), nazývá se bipolární deska.
Struktura grafitové bipolární desky
Grafitové bipolární desky se obvykle skládají z následujících částí:
1. Pole prouděníPovrch bipolární desky je navržen se složitou strukturou proudového pole pro rovnoměrné rozložení reakčního plynu (jako je vodík, kyslík nebo vzduch) a odvedení vytvořené vody.
2. Vodivá vrstvaGrafit sám o sobě má dobrou vodivost a dokáže efektivně vést proud.
3. Těsnicí oblastOkraje bipolárních desek jsou obvykle opatřeny těsněním, které zabraňují úniku plynu a pronikání kapalin.
4. Chladicí kanály (volitelné)V některých vysoce výkonných aplikacích mohou být uvnitř bipolárních desek navrženy chladicí kanály pro regulaci provozní teploty zařízení.
Funkce grafitových bipolárních desek
1. Vodivá funkce:
Jako elektroda elektrochemického zařízení je bipolární deska zodpovědná za sběr a vedení proudu, aby byla zajištěna efektivní produkce elektrické energie.
2. Distribuce plynu:
Díky konstrukci s průtokovým kanálem bipolární deska rovnoměrně rozděluje reakční plyn do vrstvy katalyzátoru, což podporuje elektrochemickou reakci.
3. Oddělení reakčních zón:
V palivovém článku nebo elektrolyzéru oddělují bipolární desky anodovou a katodovou oblast, čímž zabraňují míšení plynů.
4. Odvod tepla a odvodnění:
Bipolární desky pomáhají regulovat provozní teplotu zařízení a odvádějí vodu nebo jiné vedlejší produkty vznikající při reakci.
5. Mechanická podpora:
Bipolární desky poskytují strukturální oporu pro membránovou elektrodu, čímž zajišťují stabilitu a trvanlivost zařízení.
Proč zvolit grafit jako materiál pro bipolární desky?
Materiálové vlastnosti grafitových bipolárních desek
●Vysoká vodivost:
Objemový měrný odpor grafitu je pouhých 10–15 μΩ·cm (lepší než 100–200 μΩ·cmkovová bipolární destička) .
●Odolnost proti korozi:
V kyselém prostředí palivových článků (pH 2-3) téměř nedochází ke korozi a životnost může dosáhnout více než 20 000 hodin.
●Lehká:
Hustota je přibližně 1,8 g/cm3 (7–8 g/cm3 pro kovový bipolární plech), což je výhodné pro snížení hmotnosti ve vozidlech.
●Vlastnost plynové bariéry:
Hustá struktura grafitu dokáže účinně zabránit pronikání vodíku a má vysokou bezpečnost.
●Snadné zpracování:
Grafitový materiál se snadno zpracovává a umožňuje přizpůsobit složité návrhy a velikosti průtokových kanálů podle potřeb.
Jak se vyrábějí bipolární desky z grafitu?
Výrobní procesgrafitová bipolární deskazahrnuje následující:
●Příprava surovin:
Použijte vysoce čistý (>99,9 %) přírodní grafit nebo umělý grafitový prášek.
Přidejte pryskyřici (například fenolickou pryskyřici) jako pojivo pro zvýšení mechanické pevnosti.
●Lisování:
Smíchaný materiál se vstřikuje do formy a lisuje se za vysoké teploty (200-300 °C) a vysokého tlaku (> 100 MPa).
●Grafitační úprava:
Zahřátí na 2500-3000℃ v inertní atmosféře způsobuje odpařování neuhlíkových prvků a tvorbu husté grafitové struktury.
●Zpracování běžce:
K vyřezávání serpentinových, rovnoběžných nebo propletených kanálků (hloubka 0,5–1 mm) použijte CNC stroje nebo lasery.
●Povrchová úprava:
Impregnace pryskyřicí nebo kovovým (například zlatem, titanem) povlakem snižuje kontaktní odpor a zlepšuje odolnost proti opotřebení.
Jaké jsou aplikace grafitových bipolárních desek?
1. Palivový článek:
- Palivový článek s protonovou výměnnou membránou (PEMFC)
- Palivový článek na tuhý oxid (SOFC)
- Palivový článek s přímým metanolem (DMFC)
2. Elektrolyzér:
- Výroba vodíku elektrolýzou vody
- Chlor-alkalický průmysl
3. Systém pro ukládání energie:
- Průtoková baterie
4. Chemický průmysl:
- Elektrochemický reaktor
5. Laboratorní výzkum:
- Vývoj prototypů a testování palivových článků a elektrolyzérů
Shrnout
Grafitové bipolární deskyJsou klíčovými součástmi elektrochemických zařízení, jako jsou palivové články a elektrolyzéry, a mají řadu funkcí, jako je vodivost, distribuce plynu a oddělení reakčních oblastí. S rozvojem technologií čisté energie se grafitové bipolární desky stále častěji používají v nových energetických vozidlech, systémech pro skladování energie, chemické výrobě vodíku a dalších oblastech.
Čas zveřejnění: 31. března 2025