Que é unha placa bipolar de grafito?

Placa bipolar de grafitoé un compoñente clave empregado en equipos electroquímicos como pilas de combustible e electrolizadores, xeralmente feito de materiais de grafito de alta pureza. Desempeña un papel vital nas reaccións electroquímicas, utilízase principalmente para conducir a corrente, distribuír gases de reacción (como hidróxeno e osíxeno) e separar áreas de reacción. Debido a que os seus dous lados entran en contacto co ánodo e o cátodo de pilas individuais adxacentes, formando unha estrutura "bipolar" (un lado é o campo de fluxo do ánodo e o outro lado é o campo de fluxo do cátodo), denomínase placa bipolar.

A estrutura dunha placa bipolar de grafito

As placas bipolares de grafito adoitan constar das seguintes partes:
1. Campo de fluxoA superficie da placa bipolar está deseñada cunha estrutura de campo de fluxo complexa para distribuír uniformemente o gas de reacción (como hidróxeno, osíxeno ou aire) e descargar a auga xerada.

2. Capa condutoraO material de grafito en si ten boa condutividade e pode conducir a corrente de forma eficiente.

3. Zona de seladoOs bordos das placas bipolares adoitan estar deseñados con estruturas de selado para evitar fugas de gas e penetración de líquidos.

4. Canles de refrixeración (opcional)Nalgunhas aplicacións de alto rendemento, pódense deseñar canles de refrixeración dentro das placas bipolares para regular a temperatura de funcionamento do equipo.

Funcións das placas bipolares de grafito

1. Función condutiva:

Como eléctrodo dos equipos electroquímicos, a placa bipolar é a responsable de recoller e conducir a corrente para garantir unha saída eficiente da enerxía eléctrica.
2. Distribución de gas:

Mediante o deseño do canal de fluxo, a placa bipolar distribúe uniformemente o gas de reacción á capa de catalizador, promovendo a reacción electroquímica.
3. Separación das zonas de reacción:

Nunha pila de combustible ou electrolizador, as placas bipolares separan as zonas do ánodo e do cátodo, evitando que os gases se mesturen.
4. Disipación e drenaxe da calor:

As placas bipolares axudan a regular a temperatura de funcionamento do equipo e a descargar auga ou outros subprodutos xerados pola reacción.
5. Soporte mecánico:

As placas bipolares proporcionan soporte estrutural para o eléctrodo de membrana, garantindo a estabilidade e a durabilidade do equipo.

Por que elixir o grafito como material de placa bipolar?

Propiedades materiais das placas bipolares de grafito
●Alta condutividade:

A resistividade a granel do grafito é tan baixa como 10-15 μΩ·cm (mellor que 100-200 μΩ·cm deplaca bipolar metálica).

●Resistencia á corrosión:

Case sen corrosión no ambiente ácido das pilas de combustible (pH 2-3) e a vida útil pode chegar a máis de 20.000 horas.

●Lixeiro:

A densidade é duns 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 para unha placa bipolar metálica), o que resulta beneficioso para reducir o peso nas aplicacións en vehículos.

●Propiedade de barreira a gases:

A densa estrutura do grafito pode evitar eficazmente a penetración de hidróxeno e ten unha alta seguridade.

●Procesamento sinxelo:

O material de grafito é doado de procesar e pode personalizar deseños e tamaños de canles de fluxo complexas segundo as necesidades.

Como se fabrican as placas bipolares de grafito?

O proceso de produción deplaca bipolar de grafitoinclúe o seguinte:
●Preparación da materia prima:

Usar grafito natural de alta pureza (>99,9 %) ou po de grafito artificial.

Engadir resina (como a resina fenólica) como aglutinante para mellorar a resistencia mecánica.

●Moldeo por compresión:

O material mesturado inxéctase nun molde e prénsase a alta temperatura (200-300 ℃) e alta presión (> 100 MPa).

●Tratamento de grafitización:

O quecemento a 2500-3000 ℃ nunha atmosfera inerte fai que os elementos non carbonados se volatilicen e formen unha densa estrutura de grafito.

●Procesamento do corredor:

Use máquinas CNC ou láseres para esculpir canles serpenteantes, paralelas ou interdixitadas (profundidade 0,5-1 mm).

●Tratamento superficial:

A impregnación cun revestimento de resina ou metal (como ouro, titanio) reduce a resistencia ao contacto e mellora a resistencia ao desgaste.

Cales son as aplicacións das placas bipolares de grafito?

1. Pila de combustible:

- Célula de combustible de membrana de intercambio de protóns (PEMFC)

- Pila de combustible de óxido sólido (SOFC)

- Pila de combustible de metanol directo (DMFC)

2. Electrolizador:

- Produción de hidróxeno por electrólise da auga

- Industria cloro-álcali

3. Sistema de almacenamento de enerxía:

- Batería de fluxo

4. Industria química:

- Reactor electroquímico

5. Investigación de laboratorio:

- Desenvolvemento e proba de prototipos de pilas de combustible e electrolizadores

Resumir

Placas bipolares de grafitoson compoñentes básicos de equipos electroquímicos como pilas de combustible e electrolizadores, e teñen múltiples funcións como a condutividade, a distribución de gases e a separación de áreas de reacción. Co desenvolvemento da tecnoloxía de enerxía limpa, as placas bipolares de grafito úsanse cada vez máis en vehículos de novas enerxías, sistemas de almacenamento de enerxía, produción química de hidróxeno e outros campos.