Placa bipolar de grafitoEs un componente clave utilizado en equipos electroquímicos como pilas de combustible y electrolizadores, generalmente fabricado con grafito de alta pureza. Desempeña un papel vital en las reacciones electroquímicas, utilizándose principalmente para conducir la corriente, distribuir gases de reacción (como hidrógeno y oxígeno) y separar las zonas de reacción. Dado que sus dos lados entran en contacto con el ánodo y el cátodo de celdas adyacentes, formando una estructura "bipolar" (un lado es el campo de flujo del ánodo y el otro, el del cátodo), se denomina placa bipolar.
La estructura de la placa bipolar de grafito
Las placas bipolares de grafito generalmente constan de las siguientes partes:
1. Campo de flujo:La superficie de la placa bipolar está diseñada con una estructura de campo de flujo compleja para distribuir uniformemente el gas de reacción (como hidrógeno, oxígeno o aire) y descargar el agua generada.
2. Capa conductora:El material de grafito en sí tiene buena conductividad y puede conducir la corriente de manera eficiente.
3. Área de sellado:Los bordes de las placas bipolares generalmente están diseñados con estructuras de sellado para evitar fugas de gas y la penetración de líquidos.
4. Canales de refrigeración (opcionales):En algunas aplicaciones de alto rendimiento, se pueden diseñar canales de enfriamiento dentro de las placas bipolares para regular la temperatura de funcionamiento del equipo.
Funciones de las placas bipolares de grafito
1. Función conductora:
Como electrodo del equipo electroquímico, la placa bipolar es responsable de recolectar y conducir la corriente para garantizar una salida eficiente de energía eléctrica.
2. Distribución de gas:
A través del diseño del canal de flujo, la placa bipolar distribuye uniformemente el gas de reacción a la capa de catalizador, promoviendo la reacción electroquímica.
3. Separación de zonas de reacción:
En una celda de combustible o electrolizador, las placas bipolares separan las áreas del ánodo y el cátodo, evitando que los gases se mezclen.
4. Disipación de calor y drenaje:
Las placas bipolares ayudan a regular la temperatura de funcionamiento del equipo y descargan agua u otros subproductos generados por la reacción.
5. Soporte mecánico:
Las placas bipolares proporcionan soporte estructural al electrodo de membrana, garantizando la estabilidad y durabilidad del equipo.
¿Por qué elegir grafito como material de placa bipolar?
Propiedades materiales de las placas bipolares de grafito
●Alta conductividad:
La resistividad en masa del grafito es tan baja como 10-15 μΩ·cm (mejor que 100-200 μΩ·cm deplaca bipolar de metal) .
●Resistencia a la corrosión:
Casi no hay corrosión en el entorno ácido de las pilas de combustible (pH 2-3) y la vida útil puede alcanzar más de 20.000 horas.
●Ligero:
La densidad es de aproximadamente 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 para placas bipolares de metal), lo que resulta beneficioso para reducir el peso en aplicaciones de vehículos.
●Propiedad de barrera de gas:
La estructura densa del grafito puede prevenir eficazmente la penetración de hidrógeno y tiene una alta seguridad.
●Fácil procesamiento:
El material de grafito es fácil de procesar y puede personalizar diseños y tamaños de canales de flujo complejos según las necesidades.
¿Cómo se fabrican las placas bipolares de grafito?
El proceso de producción deplaca bipolar de grafitoIncluye lo siguiente:
●Preparación de la materia prima:
Utilice grafito natural de alta pureza (>99,9%) o polvo de grafito artificial.
Agregue resina (como resina fenólica) como aglutinante para mejorar la resistencia mecánica.
●Moldeo por compresión:
El material mezclado se inyecta en un molde y se prensa a alta temperatura (200-300 ℃) y alta presión (> 100 MPa).
●Tratamiento de grafitización:
El calentamiento a 2500-3000 ℃ en una atmósfera inerte hace que los elementos no carbonados se volatilicen y formen una estructura de grafito densa.
●Procesamiento del corredor:
Utilice máquinas CNC o láseres para crear canales serpenteantes, paralelos o entrelazados (profundidad 0,5-1 mm).
●Tratamiento de superficie:
La impregnación con resina o un recubrimiento de metal (como oro, titanio) reduce la resistencia de contacto y mejora la resistencia al desgaste.
¿Cuáles son las aplicaciones de las placas bipolares de grafito?
1. Pila de combustible:
- Pila de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC)
- Pila de combustible de óxido sólido (SOFC)
- Pila de combustible de metanol directo (DMFC)
2. Electrolizador:
- Producción de hidrógeno por electrólisis del agua.
- Industria cloroalcalina
3. Sistema de almacenamiento de energía:
- Batería de flujo
4. Industria química:
- Reactor electroquímico
5. Investigación de laboratorio:
- Desarrollo y prueba de prototipos de pilas de combustible y electrolizadores.
Resumir
Placas bipolares de grafitoSon componentes esenciales de equipos electroquímicos como pilas de combustible y electrolizadores, y cumplen múltiples funciones, como la conductividad, la distribución de gases y la separación de las zonas de reacción. Con el desarrollo de tecnologías de energía limpia, las placas bipolares de grafito se utilizan cada vez más en vehículos de nueva energía, sistemas de almacenamiento de energía, producción química de hidrógeno y otros campos.
Hora de publicación: 31 de marzo de 2025