Grafiitti bipolaarinen levyon keskeinen komponentti sähkökemiallisissa laitteissa, kuten polttokennoissa ja elektrolyysereissä, ja se on yleensä valmistettu erittäin puhtaista grafiittimateriaaleista. Sillä on tärkeä rooli sähkökemiallisissa reaktioissa, ja sitä käytetään pääasiassa virran johtamiseen, reaktiokaasujen (kuten vedyn ja hapen) jakamiseen ja reaktioalueiden erottamiseen. Koska sen kaksi puolta koskettavat vierekkäisten yksittäisten kennojen anodia ja katodia muodostaen "bipolaarisen" rakenteen (toinen puoli on anodivirtauskenttä ja toinen puoli katodivirtauskenttä), sitä kutsutaan bipolaariseksi levyksi.
Grafiittibipolaarilevyn rakenne
Grafiittiset bipolaarilevyt koostuvat yleensä seuraavista osista:
1. VirtauskenttäBipolaarisen levyn pinta on suunniteltu monimutkaisella virtauskenttärakenteella, joka jakaa reaktiokaasun (kuten vedyn, hapen tai ilman) tasaisesti ja poistaa syntyneen veden.
2. Johtava kerrosGrafiittimateriaalilla itsessään on hyvä johtavuus ja se voi johtaa virtaa tehokkaasti.
3. TiivistysalueBipolaaristen levyjen reunat on yleensä suunniteltu tiivistysrakenteilla kaasun vuotamisen ja nesteen tunkeutumisen estämiseksi.
4. Jäähdytyskanavat (valinnainen)Joissakin tehokkaissa sovelluksissa bipolaaristen levyjen sisään voidaan suunnitella jäähdytyskanavia laitteen käyttölämpötilan säätelemiseksi.
Grafiittisten bipolaaristen levyjen toiminnot
1. Johtava toiminto:
Sähkökemiallisten laitteiden elektrodina bipolaarinen levy vastaa virran keräämisestä ja johtamisesta sähköenergian tehokkaan tuoton varmistamiseksi.
2. Kaasun jakelu:
Virtauskanavarakenteen ansiosta bipolaarinen levy jakaa reaktiokaasun tasaisesti katalyyttikerrokseen edistäen sähkökemiallista reaktiota.
3. Reaktiovyöhykkeiden erottaminen:
Polttokennossa tai elektrolyysilaitteessa bipolaariset levyt erottavat anodin ja katodin alueet estäen kaasujen sekoittumisen.
4. Lämmön haihduttaminen ja vedenpoisto:
Bipolaariset levyt auttavat säätelemään laitteiden käyttölämpötilaa ja poistamaan reaktiossa syntyvää vettä tai muita sivutuotteita.
5. Mekaaninen tuki:
Bipolaariset levyt tarjoavat kalvoelektrodille rakenteellista tukea varmistaen laitteen vakauden ja kestävyyden.
Miksi valita grafiitti bipolaarilevymateriaaliksi?
Grafiittisten bipolaarilevyjen materiaaliominaisuudet
●Korkea johtavuus:
Grafiitin bulkkiresistiivisyys on niinkin alhainen kuin 10–15 μΩ·cm (parempi kuin 100–200 μΩ·cm grafiitillametallinen bipolaarinen levy) .
●Korroosionkestävyys:
Polttokennojen happamassa ympäristössä (pH 2-3) ei esiinny juuri lainkaan korroosiota, ja käyttöikä voi olla yli 20 000 tuntia.
●Kevyt:
Tiheys on noin 1,8 g/cm3 (7–8 g/cm3 bipolaarilevylle), mikä on hyödyllistä ajoneuvosovellusten painon vähentämiseksi.
●Kaasuesteominaisuus:
Grafiitin tiheä rakenne voi tehokkaasti estää vedyn tunkeutumisen ja sillä on korkea turvallisuus.
●Helppo käsittely:
Grafiittimateriaalia on helppo käsitellä, ja sillä voidaan mukauttaa monimutkaisia virtauskanavien malleja ja kokoja tarpeiden mukaan.
Miten grafiittibipolaarilevyjä valmistetaan?
Tuotantoprosessigrafiitti bipolaarinen levysisältää seuraavat:
●Raaka-aineen valmistus:
Käytä erittäin puhdasta (>99,9 %) luonnongrafiittia tai keinotekoista grafiittijauhetta.
Lisää hartsia (kuten fenolihartsia) sideaineeksi mekaanisen lujuuden parantamiseksi.
●Puristusmuovaus:
Sekoitettu materiaali ruiskutetaan muottiin ja puristetaan korkeassa lämpötilassa (200–300 ℃) ja korkeassa paineessa (> 100 MPa).
●Grafitointikäsittely:
Kuumentaminen 2500–3000 ℃:een inertissä ilmakehässä aiheuttaa hiilineutraalien alkuaineiden haihtumisen ja tiheän grafiittirakenteen muodostumisen.
●Juoksijan käsittely:
Käytä CNC-koneita tai lasereita kaivertaaksesi serpentiinimäisiä, yhdensuuntaisia tai lomitettuja kanavia (syvyys 0,5–1 mm).
●Pintakäsittely:
Hartsi- tai metallipinnoitteella (kuten kullalla, titaanilla) kyllästäminen vähentää kosketusvastusta ja parantaa kulutuskestävyyttä.
Mitkä ovat grafiittisten bipolaarilevyjen sovellukset?
1. Polttokenno:
- Protoninvaihtokalvopolttokenno (PEMFC)
- Kiinteäoksidipolttokenno (SOFC)
- Suora metanolipolttokenno (DMFC)
2. Elektrolyyseri:
- Vedyn tuotanto veden elektrolyysillä
- Kloori-alkaliteollisuus
3. Energian varastointijärjestelmä:
- Virtausakku
4. Kemianteollisuus:
- Sähkökemiallinen reaktori
5. Laboratoriotutkimus:
- Polttokennojen ja elektrolyyserien prototyyppien kehittäminen ja testaus
Yhteenveto
Grafiitti bipolaariset levytovat sähkökemiallisten laitteiden, kuten polttokennojen ja elektrolyyserien, ydinosia, ja niillä on useita toimintoja, kuten johtavuus, kaasun jakautuminen ja reaktioalueiden erottelu. Puhtaan energiateknologian kehittyessä grafiittibipolaarilevyjä käytetään yhä enemmän uusissa energiankuljetusajoneuvoissa, energian varastointijärjestelmissä, kemiallisessa vedyn tuotannossa ja muilla aloilla.
Julkaisun aika: 31.3.2025