Plaque bipolaire en graphiteComposant essentiel des équipements électrochimiques tels que les piles à combustible et les électrolyseurs, généralement constitué de graphite de haute pureté, il joue un rôle essentiel dans les réactions électrochimiques, servant principalement à la conduction du courant, à la distribution des gaz de réaction (tels que l'hydrogène et l'oxygène) et à la séparation des zones de réaction. Comme ses deux faces sont en contact avec l'anode et la cathode de cellules individuelles adjacentes, formant une structure « bipolaire » (un côté est le champ d'écoulement anodique, l'autre côté le champ d'écoulement cathodique), on l'appelle plaque bipolaire.
La structure de la plaque bipolaire en graphite
Les plaques bipolaires en graphite se composent généralement des éléments suivants :
1. Champ d'écoulement:La surface de la plaque bipolaire est conçue avec une structure de champ d'écoulement complexe pour répartir uniformément le gaz de réaction (tel que l'hydrogène, l'oxygène ou l'air) et évacuer l'eau générée.
2. Couche conductrice:Le matériau graphite lui-même a une bonne conductivité et peut conduire le courant efficacement.
3. Zone d'étanchéité:Les bords des plaques bipolaires sont généralement conçus avec des structures d'étanchéité pour empêcher les fuites de gaz et la pénétration de liquide.
4. Canaux de refroidissement (en option):Dans certaines applications hautes performances, des canaux de refroidissement peuvent être conçus à l'intérieur des plaques bipolaires pour réguler la température de fonctionnement de l'équipement.
Fonctions des plaques bipolaires en graphite
1. Fonction conductrice :
En tant qu'électrode d'un équipement électrochimique, la plaque bipolaire est chargée de collecter et de conduire le courant pour assurer une production efficace d'énergie électrique.
2. Distribution de gaz :
Grâce à la conception du canal d'écoulement, la plaque bipolaire distribue uniformément le gaz de réaction à la couche de catalyseur, favorisant ainsi la réaction électrochimique.
3. Séparation des zones de réaction :
Dans une pile à combustible ou un électrolyseur, des plaques bipolaires séparent les zones d'anode et de cathode, empêchant ainsi les gaz de se mélanger.
4. Dissipation et drainage de la chaleur :
Les plaques bipolaires aident à réguler la température de fonctionnement de l'équipement et à évacuer l'eau ou d'autres sous-produits générés par la réaction.
5. Support mécanique :
Les plaques bipolaires fournissent un support structurel à l'électrode à membrane, garantissant la stabilité et la durabilité de l'équipement.
Pourquoi choisir le graphite comme matériau de plaque bipolaire ?
Propriétés matérielles des plaques bipolaires en graphite
●Haute conductivité :
La résistivité volumique du graphite est aussi faible que 10-15 μΩ.cm (meilleure que 100-200 μΩ·cm deplaque bipolaire métallique) .
●Résistance à la corrosion :
Presque aucune corrosion dans l'environnement acide des piles à combustible (pH 2-3), et la durée de vie peut atteindre plus de 20 000 heures.
●Léger:
La densité est d'environ 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 pour la plaque bipolaire métallique), ce qui est bénéfique pour réduire le poids dans les applications automobiles.
●Propriété de barrière aux gaz :
La structure dense du graphite peut empêcher efficacement la pénétration de l'hydrogène et présente une sécurité élevée.
●Traitement facile :
Le matériau graphite est facile à traiter et permet de personnaliser des conceptions et des tailles de canaux d'écoulement complexes en fonction des besoins.
Comment sont fabriquées les plaques bipolaires en graphite ?
Le processus de production deplaque bipolaire en graphitecomprend les éléments suivants :
●Préparation des matières premières :
Utilisez de la poudre de graphite naturel ou artificiel de haute pureté (> 99,9 %).
Ajoutez de la résine (comme de la résine phénolique) comme liant pour améliorer la résistance mécanique.
●Moulage par compression :
Le matériau mélangé est injecté dans un moule et pressé sous haute température (200-300℃) et haute pression (>100 MPa).
●Traitement de graphitisation :
Le chauffage à 2500-3000℃ dans une atmosphère inerte provoque la volatilisation des éléments non carbonés et la formation d'une structure en graphite dense.
●Traitement des coureurs :
Utilisez des machines CNC ou des lasers pour sculpter des canaux serpentins, parallèles ou interdigités (profondeur 0,5-1 mm).
●Traitement de surface :
L'imprégnation avec un revêtement en résine ou en métal (comme l'or, le titane) réduit la résistance de contact et améliore la résistance à l'usure.
Quelles sont les applications des plaques bipolaires en graphite ?
1. Pile à combustible :
- Pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC)
- Pile à combustible à oxyde solide (SOFC)
- Pile à combustible au méthanol direct (DMFC)
2. Électrolyseur :
- Production d'hydrogène par électrolyse de l'eau
- Industrie du chlore et de la soude
3. Système de stockage d’énergie :
- Batterie à flux
4. Industrie chimique :
- Réacteur électrochimique
5. Recherche en laboratoire :
- Développement et tests de prototypes de piles à combustible et d'électrolyseurs
Résumer
Plaques bipolaires en graphiteLes plaques bipolaires en graphite sont des composants essentiels des équipements électrochimiques tels que les piles à combustible et les électrolyseurs. Elles remplissent de multiples fonctions, telles que la conductivité, la distribution des gaz et la séparation des zones de réaction. Avec le développement des technologies énergétiques propres, leur utilisation est croissante dans les véhicules à énergies nouvelles, les systèmes de stockage d'énergie, la production chimique d'hydrogène et d'autres domaines.
Date de publication : 31 mars 2025