صفحه دوقطبی گرافیتییک جزء کلیدی مورد استفاده در تجهیزات الکتروشیمیایی مانند پیلهای سوختی و الکترولیزرها است که معمولاً از مواد گرافیتی با خلوص بالا ساخته میشوند. این ماده نقش حیاتی در واکنشهای الکتروشیمیایی ایفا میکند و عمدتاً برای هدایت جریان، توزیع گازهای واکنش (مانند هیدروژن و اکسیژن) و جداسازی نواحی واکنش استفاده میشود. از آنجا که دو طرف آن با آند و کاتد سلولهای منفرد مجاور تماس پیدا میکنند و یک ساختار "دوقطبی" تشکیل میدهند (یک طرف میدان جریان آند و طرف دیگر میدان جریان کاتد است)، به آن صفحه دوقطبی میگویند.
ساختار صفحات دوقطبی گرافیتی
صفحات دوقطبی گرافیتی معمولاً از قسمتهای زیر تشکیل شدهاند:
۱. میدان جریانسطح صفحه دوقطبی با ساختار میدان جریان پیچیدهای طراحی شده است تا گاز واکنش (مانند هیدروژن، اکسیژن یا هوا) را به طور یکنواخت توزیع کرده و آب تولید شده را تخلیه کند.
۲. لایه رسانا: خود ماده گرافیت رسانایی خوبی دارد و میتواند جریان را به طور مؤثر هدایت کند.
۳. ناحیه آببندی: لبههای صفحات دوقطبی معمولاً با ساختارهای آببندی طراحی میشوند تا از نشت گاز و نفوذ مایع جلوگیری شود.
۴. کانالهای خنککننده (اختیاری): در برخی از کاربردهای با کارایی بالا، کانالهای خنککننده ممکن است درون صفحات دوقطبی طراحی شوند تا دمای عملیاتی تجهیزات را تنظیم کنند.
عملکرد صفحات دوقطبی گرافیتی
۱. عملکرد رسانایی:
به عنوان الکترود تجهیزات الکتروشیمیایی، صفحه دوقطبی مسئول جمعآوری و هدایت جریان برای اطمینان از خروجی کارآمد انرژی الکتریکی است.
۲. توزیع گاز:
از طریق طراحی کانال جریان، صفحه دوقطبی به طور مساوی گاز واکنش را به لایه کاتالیزور توزیع میکند و واکنش الکتروشیمیایی را ارتقا میدهد.
۳. جدا کردن مناطق واکنش:
در یک پیل سوختی یا الکترولیز، صفحات دوقطبی، نواحی آند و کاتد را از هم جدا میکنند و از مخلوط شدن گازها جلوگیری میکنند.
۴. اتلاف حرارت و تخلیه:
صفحات دوقطبی به تنظیم دمای عملیاتی تجهیزات کمک میکنند و آب یا سایر محصولات جانبی تولید شده توسط واکنش را تخلیه میکنند.
۵. پشتیبانی مکانیکی:
صفحات دوقطبی، تکیهگاه ساختاری برای الکترود غشایی فراهم میکنند و پایداری و دوام تجهیزات را تضمین میکنند.
چرا گرافیت را به عنوان ماده صفحات دوقطبی انتخاب کنیم؟
خواص مواد صفحات دوقطبی گرافیتی
●رسانایی بالا:
مقاومت ویژه حجمی گرافیت به کمی 10-15μΩ.cm است (بهتر از 100-200 μΩ·cm)صفحه دوقطبی فلزی) .
●مقاومت در برابر خوردگی:
تقریباً هیچ خوردگی در محیط اسیدی پیلهای سوختی (pH 2-3) وجود ندارد و طول عمر آنها میتواند به بیش از 20،000 ساعت برسد.
●سبک وزن:
چگالی حدود ۱.۸ گرم بر سانتیمتر مکعب (۷-۸ گرم بر سانتیمتر مکعب برای صفحه دوقطبی فلزی) است که برای کاهش وزن در کاربردهای خودرو مفید است.
●خاصیت مانع گاز:
ساختار متراکم گرافیت میتواند به طور مؤثر از نفوذ هیدروژن جلوگیری کند و ایمنی بالایی دارد.
●پردازش آسان:
مواد گرافیتی به راحتی پردازش میشوند و میتوانند طرحها و اندازههای پیچیده کانال جریان را با توجه به نیاز سفارشی کنند.
صفحات دوقطبی گرافیتی چگونه ساخته میشوند؟
فرآیند تولید ازصفحه دوقطبی گرافیتیشامل موارد زیر است:
●آماده سازی مواد اولیه:
از گرافیت طبیعی یا پودر گرافیت مصنوعی با خلوص بالا (>99.9%) استفاده کنید.
برای افزایش استحکام مکانیکی، رزین (مانند رزین فنولیک) را به عنوان چسب اضافه کنید.
●قالبگیری فشاری:
مواد مخلوط شده به داخل قالب تزریق شده و تحت دمای بالا (200-300 درجه سانتیگراد) و فشار بالا (بیش از 100 مگاپاسکال) فشرده میشوند.
●عملیات گرافیتی شدن:
گرم کردن تا دمای ۲۵۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد در یک اتمسفر خنثی باعث میشود عناصر غیر کربنی تبخیر شوند و یک ساختار گرافیتی متراکم تشکیل دهند.
●پردازش دونده:
از دستگاههای CNC یا لیزر برای ایجاد کانالهای مارپیچ، موازی یا درهمتنیده (با عمق ۰.۵ تا ۱ میلیمتر) استفاده کنید.
●عملیات سطحی:
آغشتهسازی با رزین یا پوشش فلزی (مانند طلا، تیتانیوم) مقاومت تماسی را کاهش داده و مقاومت در برابر سایش را بهبود میبخشد.
صفحات دوقطبی گرافیتی چه کاربردهایی دارند؟
۱. پیل سوختی:
- پیل سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC)
- پیل سوختی اکسید جامد (SOFC)
- پیل سوختی متانول مستقیم (DMFC)
۲. الکترولیز:
- تولید هیدروژن از طریق الکترولیز آب
- صنعت کلر-قلیا
۳. سیستم ذخیره انرژی:
- باتری جریان
۴. صنایع شیمیایی:
- راکتور الکتروشیمیایی
۵. تحقیقات آزمایشگاهی:
- توسعه و آزمایش نمونه اولیه پیلهای سوختی و الکترولیزها
خلاصه کنید
صفحات دوقطبی گرافیتیاجزای اصلی تجهیزات الکتروشیمیایی مانند پیلهای سوختی و الکترولیزرها هستند و عملکردهای متعددی مانند رسانایی، توزیع گاز و جداسازی نواحی واکنش دارند. با توسعه فناوری انرژی پاک، صفحات دوقطبی گرافیتی به طور فزایندهای در وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستمهای ذخیره انرژی، تولید هیدروژن شیمیایی و سایر زمینهها مورد استفاده قرار میگیرند.
زمان ارسال: ۳۱ مارس ۲۰۲۵