Διπολική πλάκα γραφίτηείναι ένα βασικό εξάρτημα που χρησιμοποιείται σε ηλεκτροχημικό εξοπλισμό όπως κυψέλες καυσίμου και ηλεκτρολύτες, συνήθως κατασκευασμένο από υλικά γραφίτη υψηλής καθαρότητας. Παίζει ζωτικό ρόλο στις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, και χρησιμοποιείται κυρίως για την αγωγή ρεύματος, τη διανομή αερίων αντίδρασης (όπως υδρογόνο και οξυγόνο) και τον διαχωρισμό περιοχών αντίδρασης. Επειδή οι δύο πλευρές του έρχονται σε επαφή με την άνοδο και την κάθοδο γειτονικών μεμονωμένων κυψελών, σχηματίζοντας μια «διπολική» δομή (η μία πλευρά είναι το πεδίο ροής ανόδου και η άλλη πλευρά είναι το πεδίο ροής καθόδου), ονομάζεται διπολική πλάκα.
Η δομή της διπολικής πλάκας γραφίτη
Οι διπολικές πλάκες γραφίτη συνήθως αποτελούνται από τα ακόλουθα μέρη:
1. Πεδίο ροήςΗ επιφάνεια της διπολικής πλάκας έχει σχεδιαστεί με μια σύνθετη δομή πεδίου ροής για την ομοιόμορφη κατανομή του αερίου αντίδρασης (όπως υδρογόνο, οξυγόνο ή αέρα) και την εκκένωση του παραγόμενου νερού.
2. Αγώγιμο στρώμαΤο ίδιο το γραφιτικό υλικό έχει καλή αγωγιμότητα και μπορεί να άγει αποτελεσματικά το ρεύμα.
3. Περιοχή σφράγισηςΟι άκρες των διπολικών πλακών συνήθως σχεδιάζονται με δομές στεγανοποίησης για την αποφυγή διαρροής αερίου και διείσδυσης υγρού.
4. Κανάλια ψύξης (προαιρετικά)Σε ορισμένες εφαρμογές υψηλής απόδοσης, ενδέχεται να έχουν σχεδιαστεί κανάλια ψύξης μέσα στις διπολικές πλάκες για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας λειτουργίας του εξοπλισμού.
Λειτουργίες διπολικών πλακών γραφίτη
1. Αγωγιμότητα λειτουργίας:
Ως ηλεκτρόδιο ηλεκτροχημικού εξοπλισμού, η διπολική πλάκα είναι υπεύθυνη για τη συλλογή και την αγωγή ρεύματος για να εξασφαλίσει αποτελεσματική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
2. Διανομή φυσικού αερίου:
Μέσω του σχεδιασμού του καναλιού ροής, η διπολική πλάκα κατανέμει ομοιόμορφα το αέριο αντίδρασης στο στρώμα του καταλύτη, προωθώντας την ηλεκτροχημική αντίδραση.
3. Διαχωρισμός ζωνών αντίδρασης:
Σε μια κυψέλη καυσίμου ή ηλεκτρολύτη, διπολικές πλάκες διαχωρίζουν τις περιοχές ανόδου και καθόδου, εμποδίζοντας την ανάμειξη αερίων.
4. Απαγωγή θερμότητας και αποστράγγιση:
Οι διπολικές πλάκες βοηθούν στη ρύθμιση της θερμοκρασίας λειτουργίας του εξοπλισμού και στην αποβολή νερού ή άλλων υποπροϊόντων που παράγονται από την αντίδραση.
5. Μηχανική υποστήριξη:
Οι διπολικές πλάκες παρέχουν δομική υποστήριξη για το ηλεκτρόδιο μεμβράνης, εξασφαλίζοντας τη σταθερότητα και την ανθεκτικότητα του εξοπλισμού.
Γιατί να επιλέξετε γραφίτη ως υλικό διπολικής πλάκας;
Ιδιότητες υλικών διπολικών πλακών γραφίτη
●Υψηλή αγωγιμότητα:
Η συνολική ειδική αντίσταση του γραφίτη είναι τόσο χαμηλή όσο 10-15μΩ.cm (καλύτερη από 100-200 μΩ·cmμεταλλική διπολική πλάκα).
●Αντοχή στη διάβρωση:
Σχεδόν καθόλου διάβρωση στο όξινο περιβάλλον των κυψελών καυσίμου (pH 2-3) και η διάρκεια ζωής μπορεί να φτάσει τις 20.000 ώρες.
●Πυγμάχος ελαφρού βάρους:
Η πυκνότητα είναι περίπου 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 για μεταλλική διπολική πλάκα), η οποία είναι ευεργετική για τη μείωση του βάρους σε εφαρμογές οχημάτων.
●Ιδιότητα φραγμού αερίου:
Η πυκνή δομή του γραφίτη μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά τη διείσδυση υδρογόνου και έχει υψηλή ασφάλεια.
●Εύκολη επεξεργασία:
Το υλικό γραφίτη είναι εύκολο στην επεξεργασία και μπορεί να προσαρμόσει πολύπλοκα σχέδια και μεγέθη καναλιών ροής ανάλογα με τις ανάγκες.
Πώς κατασκευάζονται οι διπολικές πλάκες γραφίτη;
Η παραγωγική διαδικασία τουδιπολική πλάκα γραφίτηπεριλαμβάνει τα ακόλουθα:
●Προετοιμασία πρώτων υλών:
Χρησιμοποιήστε φυσικό γραφίτη υψηλής καθαρότητας (>99,9%) ή τεχνητή σκόνη γραφίτη.
Προσθέστε ρητίνη (όπως φαινολική ρητίνη) ως συνδετικό υλικό για να ενισχύσετε τη μηχανική αντοχή.
●Συμπιεστική χύτευση:
Το αναμεμειγμένο υλικό εγχέεται σε ένα καλούπι και πιέζεται υπό υψηλή θερμοκρασία (200-300℃) και υψηλή πίεση (>100 MPa).
●Επεξεργασία γραφιτοποίησης:
Η θέρμανση στους 2500-3000℃ σε αδρανή ατμόσφαιρα προκαλεί την εξάτμιση των μη ανθρακούχων στοιχείων και τον σχηματισμό μιας πυκνής δομής γραφίτη.
●Επεξεργασία δρομέα:
Χρησιμοποιήστε μηχανές CNC ή λέιζερ για να χαράξετε ελικοειδή, παράλληλα ή αλληλοσυνδεόμενα κανάλια (βάθος 0,5-1 mm).
●Επιφανειακή επεξεργασία:
Ο εμποτισμός με ρητίνη ή μεταλλική επίστρωση (όπως χρυσός, τιτάνιο) μειώνει την αντίσταση επαφής και βελτιώνει την αντοχή στη φθορά.
Ποιες είναι οι εφαρμογές των διπολικών πλακών γραφίτη;
1. Κυψέλη καυσίμου:
- Κυψέλη καυσίμου με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEMFC)
- Κυψέλη καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFC)
- Κυψέλη καυσίμου άμεσης μεθανόλης (DMFC)
2. Ηλεκτρολύτης:
- Παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση νερού
- Βιομηχανία χλωροαλκαλίων
3. Σύστημα αποθήκευσης ενέργειας:
- Μπαταρία ροής
4. Χημική Βιομηχανία:
- Ηλεκτροχημικός αντιδραστήρας
5. Εργαστηριακή έρευνα:
- Ανάπτυξη και δοκιμή πρωτοτύπων κυψελών καυσίμου και ηλεκτρολυτών
Συνοψίζω
Διπολικές πλάκες γραφίτηαποτελούν βασικά εξαρτήματα ηλεκτροχημικού εξοπλισμού όπως οι κυψέλες καυσίμου και οι ηλεκτρολύτες, και έχουν πολλαπλές λειτουργίες όπως η αγωγιμότητα, η κατανομή αερίου και ο διαχωρισμός των περιοχών αντίδρασης. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας καθαρής ενέργειας, οι διπολικές πλάκες γραφίτη χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε νέα ενεργειακά οχήματα, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, χημική παραγωγή υδρογόνου και άλλους τομείς.
Ώρα δημοσίευσης: 31 Μαρτίου 2025