Grafit bipolar pladeer en nøglekomponent, der anvendes i elektrokemisk udstyr såsom brændselsceller og elektrolysører, normalt lavet af grafitmaterialer med høj renhed. Den spiller en afgørende rolle i elektrokemiske reaktioner og bruges primært til at lede strøm, fordele reaktionsgasser (såsom brint og ilt) og adskille reaktionsområder. Fordi dens to sider er i kontakt med anoden og katoden i tilstødende enkeltceller og danner en "bipolar" struktur (den ene side er anodens strømningsfelt, og den anden side er katodens strømningsfelt), kaldes den bipolar plade.
Strukturen af grafitbipolarpladen
Bipolære grafitplader består normalt af følgende dele:
1. FlowfeltOverfladen på den bipolære plade er designet med en kompleks strømningsfeltstruktur for jævnt at fordele reaktionsgassen (såsom brint, ilt eller luft) og udlede det genererede vand.
2. Ledende lagGrafitmaterialet har i sig selv god ledningsevne og kan lede strøm effektivt.
3. ForseglingsområdeKanterne på bipolære plader er normalt designet med tætningsstrukturer for at forhindre gaslækage og væskeindtrængning.
4. Kølekanaler (valgfrit)I nogle højtydende applikationer kan der være designet kølekanaler inde i de bipolære plader for at regulere udstyrets driftstemperatur.
Funktioner af bipolære grafitplader
1. Ledende funktion:
Som elektrode i elektrokemisk udstyr er den bipolære plade ansvarlig for at opsamle og lede strøm for at sikre effektiv output af elektrisk energi.
2. Gasdistribution:
Gennem flowkanaldesignet fordeler den bipolære plade reaktionsgassen jævnt til katalysatorlaget, hvilket fremmer den elektrokemiske reaktion.
3. Adskillelse af reaktionszoner:
I en brændselscelle eller elektrolysør adskiller bipolære plader anode- og katodeområderne og forhindrer gasser i at blandes.
4. Varmeafledning og dræning:
Bipolære plader hjælper med at regulere udstyrets driftstemperatur og udlede vand eller andre biprodukter, der genereres af reaktionen.
5. Mekanisk støtte:
Bipolære plader yder strukturel støtte til membranelektroden, hvilket sikrer udstyrets stabilitet og holdbarhed.
Hvorfor vælge grafit som materiale til bipolære plader?
Materialeegenskaber for bipolære grafitplader
●Høj ledningsevne:
Grafits bulkmodstand er så lav som 10-15 μΩ.cm (bedre end 100-200 μΩ·cm formetal bipolar plade).
●Korrosionsbestandighed:
Næsten ingen korrosion i brændselscellernes sure miljø (pH 2-3), og levetiden kan nå op på mere end 20.000 timer.
●Letvægts:
Densiteten er omkring 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 for en bipolar metalplade), hvilket er gavnligt for at reducere vægten i køretøjsapplikationer.
●Gasbarriereegenskab:
Grafits tætte struktur kan effektivt forhindre hydrogenindtrængning og har høj sikkerhed.
●Nem forarbejdning:
Grafitmateriale er let at bearbejde og kan tilpasse komplekse strømningskanaldesigns og -størrelser efter behov.
Hvordan fremstilles bipolære grafitplader?
Produktionsprocessen afbipolar grafitpladeomfatter følgende:
●Forberedelse af råmateriale:
Brug naturlig grafit eller kunstigt grafitpulver med høj renhed (>99,9%).
Tilsæt harpiks (såsom phenolharpiks) som bindemiddel for at forbedre den mekaniske styrke.
●Kompressionsstøbning:
Det blandede materiale sprøjtes ind i en form og presses under høj temperatur (200-300 ℃) og højt tryk (>100 MPa).
●Grafitiseringsbehandling:
Opvarmning til 2500-3000 ℃ i en inert atmosfære får ikke-kulstofelementer til at fordampe og danne en tæt grafitstruktur.
●Løberbehandling:
Brug CNC-maskiner eller lasere til at udskære serpentinske, parallelle eller sammenflettede kanaler (dybde 0,5-1 mm).
●Overfladebehandling:
Imprægnering med harpiks- eller metalbelægning (såsom guld, titanium) reducerer kontaktmodstanden og forbedrer slidstyrken.
Hvad er anvendelserne af bipolære grafitplader?
1. Brændselscelle:
- Protonbytningsmembranbrændselscelle (PEMFC)
- Fastoxidbrændselscelle (SOFC)
- Direkte metanolbrændselscelle (DMFC)
2. Elektrolysør:
- Hydrogenproduktion ved vandelektrolyse
- Kloralkaliindustrien
3. Energilagringssystem:
- Flow-batteri
4. Kemisk industri:
- Elektrokemisk reaktor
5. Laboratorieforskning:
- Prototypeudvikling og test af brændselsceller og elektrolysører
Sammenfatte
Grafit bipolære pladerer kernekomponenter i elektrokemisk udstyr såsom brændselsceller og elektrolysører og har flere funktioner såsom ledningsevne, gasfordeling og adskillelse af reaktionsområder. Med udviklingen af ren energiteknologi anvendes bipolære grafitplader i stigende grad i nye energikøretøjer, energilagringssystemer, kemisk brintproduktion og andre områder.
Opslagstidspunkt: 31. marts 2025