Mis on grafiidist bipolaarplaat?

Grafiidist bipolaarne plaaton elektrokeemiliste seadmete, näiteks kütuseelementide ja elektrolüsaatorite põhikomponent, mis on tavaliselt valmistatud kõrge puhtusastmega grafiidist. Sellel on oluline roll elektrokeemilistes reaktsioonides, seda kasutatakse peamiselt voolu juhtimiseks, reaktsioonigaaside (näiteks vesiniku ja hapniku) jaotamiseks ning reaktsioonipiirkondade eraldamiseks. Kuna selle kaks külge puutuvad kokku külgnevate üksikute elementide anoodi ja katoodiga, moodustades "bipolaarse" struktuuri (üks külg on anoodi vooluväli ja teine ​​külg on katoodi vooluväli), nimetatakse seda bipolaarseks plaadiks.

Grafiidist bipolaarse plaadi struktuur

Grafiidist bipolaarsed plaadid koosnevad tavaliselt järgmistest osadest:
1. VooluväliBipolaarse plaadi pind on konstrueeritud keeruka vooluvälja struktuuriga, et reaktsioonigaas (näiteks vesinik, hapnik või õhk) ühtlaselt jaotuks ja tekkiv vesi välja juhitaks.

2. Juhtiv kihtGrafiitmaterjalil endal on hea juhtivus ja see juhib voolu tõhusalt.

3. TihendusalaBipolaarsete plaatide servad on tavaliselt konstrueeritud tihendusstruktuuridega, et vältida gaasilekkeid ja vedeliku läbitungimist.

4. Jahutuskanalid (valikuline)Mõnedes suure jõudlusega rakendustes võivad bipolaarsete plaatide sisse olla konstrueeritud jahutuskanalid, et reguleerida seadme töötemperatuuri.

Grafiidist bipolaarplaatide funktsioonid

1. Juhtiv funktsioon:

Elektrokeemiliste seadmete elektroodina vastutab bipolaarne plaat voolu kogumise ja juhtimise eest, et tagada elektrienergia efektiivne väljund.
2. Gaasi jaotus:

Voolukanali konstruktsiooni kaudu jaotab bipolaarne plaat reaktsioonigaasi ühtlaselt katalüsaatorikihile, soodustades elektrokeemilist reaktsiooni.
3. Reaktsioonitsoonide eraldamine:

Kütuseelemendis või elektrolüüseris eraldavad bipolaarsed plaadid anoodi ja katoodi alasid, takistades gaaside segunemist.
4. Soojuse hajumine ja äravool:

Bipolaarsed plaadid aitavad reguleerida seadmete töötemperatuuri ja juhivad reaktsiooni käigus tekkivat vett või muid kõrvalsaadusi välja.
5. Mehaaniline tugi:

Bipolaarsed plaadid pakuvad membraanelektroodile konstruktsioonilist tuge, tagades seadme stabiilsuse ja vastupidavuse.

Miks valida bipolaarse plaadimaterjalina grafiit?

Grafiidist bipolaarplaatide materjali omadused
●Kõrge juhtivus:

Grafiidi mahttakistus on vaid 10–15 μΩ·cm (parem kui 100–200 μΩ·cm)metallist bipolaarne plaat) .

●Korrosioonikindlus:

Kütuseelementide happelises keskkonnas (pH 2-3) korrosiooni peaaegu ei teki ja kasutusiga võib ulatuda üle 20 000 tunni.

●Kerge:

Tihedus on umbes 1,8 g/cm3 (7–8 g/cm3 metallbipolaarplaadi puhul), mis on kasulik sõidukite kaalu vähendamiseks.

●Gaasitõkke omadus:

Grafiidi tihe struktuur suudab tõhusalt vältida vesiniku läbitungimist ja on väga ohutu.

●Lihtne töötlemine:

Grafiitmaterjali on lihtne töödelda ning sellega saab vastavalt vajadustele kohandada keerukaid voolukanalite kujundusi ja suurusi.

Kuidas valmistatakse grafiidist bipolaarplaate?

Tootmisprotsessgrafiidist bipolaarne plaatsisaldab järgmist:
●Tooraine ettevalmistamine:

Kasutage kõrge puhtusastmega (>99,9%) looduslikku grafiiti või tehisgrafiidipulbrit.

Mehaanilise tugevuse suurendamiseks lisage sideainena vaiku (näiteks fenoolvaiku).

●Survevormimine:

Segatud materjal süstitakse vormi ja pressitakse kõrgel temperatuuril (200–300 ℃) ja kõrgel rõhul (> 100 MPa).

●Grafitiseerimistöötlus:

Inertses atmosfääris kuumutamisel temperatuurini 2500–3000 ℃ lenduvad mittesüsinikelemendid ja moodustuvad tihe grafiidistruktuur.

●Jooksja töötlemine:

Looklevate, paralleelsete või põimunud kanalite (sügavus 0,5–1 mm) väljalõikamiseks kasutage CNC-masinaid või lasereid.

●Pinnatöötlus:

Vaigu või metalli (näiteks kulla, titaani) kattega immutamine vähendab kontakttakistust ja parandab kulumiskindlust.

Millised on grafiidist bipolaarplaatide rakendused?

1. Kütuseelement:

- Prootonvahetusmembraaniga kütuseelement (PEMFC)

- Tahkeoksiidkütuseelement (SOFC)

- Otsene metanoolkütuseelement (DMFC)

2. Elektrolüüser:

- Vesiniku tootmine vee elektrolüüsi teel

- Kloorleeliste tööstus

3. Energiasalvestussüsteem:

- Vooluaku

4. Keemiatööstus:

- Elektrokeemiline reaktor

5. Laboratoorsed uuringud:

- Kütuseelementide ja elektrolüüserite prototüüpide väljatöötamine ja testimine

Kokkuvõte

Grafiidist bipolaarsed plaadidon elektrokeemiliste seadmete, näiteks kütuseelementide ja elektrolüsaatorite põhikomponendid ning neil on mitu funktsiooni, näiteks juhtivus, gaasi jaotamine ja reaktsioonipiirkondade eraldamine. Puhta energia tehnoloogia arenguga kasutatakse grafiidist bipolaarplaate üha enam uutes energiasõidukites, energiasalvestussüsteemides, keemilise vesiniku tootmises ja muudes valdkondades.