ઇંધણ કોષોમાં ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટો કેવી રીતે કામ કરે છે?

I. ઉદ્યોગના તેજીમાં ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટ્સની કેન્દ્રીય ભૂમિકા

"ડ્યુઅલ કાર્બન" ધ્યેયો અને હાઇડ્રોજન અર્થતંત્રના ઝડપી વિકાસની પૃષ્ઠભૂમિ સામે, ઇંધણ કોષો (ખાસ કરીને PEM ઇંધણ કોષો) પ્રદર્શન તબક્કાથી મોટા પાયે એપ્લિકેશન તરફ સંક્રમણ કરી રહ્યા છે. પેસેન્જર વાહનોથી વિતરિત વીજ ઉત્પાદન પ્રણાલીઓ સુધી, સિસ્ટમ કાર્યક્ષમતા, આયુષ્ય અને ઇંધણ કોષોની કિંમત ઉદ્યોગ સ્પર્ધાના મુખ્ય સૂચક બની રહ્યા છે.

આ સિસ્ટમમાં, ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટ ફક્ત "સહાયક ઘટક" નથી, પરંતુ મુખ્ય કાર્યાત્મક તત્વોમાંનું એક છે જે ફ્યુઅલ સેલ સ્ટેકનું પ્રદર્શન નક્કી કરે છે. સંશોધન સૂચવે છે કે બાયપોલર પ્લેટો વજનના આશરે 60-80% અને ફ્યુઅલ સેલ સ્ટેકના ખર્ચના 40-50% હિસ્સો ધરાવે છે; તેમની ડિઝાઇન અને સામગ્રીની પસંદગી સિસ્ટમ પાવર ઘનતા, ટકાઉપણું અને ઉત્પાદન ખર્ચને સીધી અસર કરે છે.

કાર્યકારી મિકેનિઝમના દૃષ્ટિકોણથી, ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટ્સ "વર્તમાન વહન, ગેસ વિતરણ, થર્મલ મેનેજમેન્ટ અને માળખાકીય સપોર્ટ" સહિત બહુવિધ કાર્યોને ખૂબ જ સંકલિત કરીને બળતણ કોષોની સ્થિર અને સતત ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા પ્રાપ્ત કરે છે - તેમને સ્ટેકમાં સાચા "મલ્ટિ-ફિઝિક્સ કપ્લિંગ કોર ઘટક" બનાવે છે.

II. ઇંધણ કોષોમાં ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટોની ભૂમિકા અને સંચાલન સિદ્ધાંતો 

લાક્ષણિક પ્રોટોન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન ફ્યુઅલ સેલ (PEMFC) માં, ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટ્સ મેમ્બ્રેન ઇલેક્ટ્રોડ એસેમ્બલી (MEA) ની બંને બાજુએ સ્થિત હોય છે, જે શ્રેણી-જોડાયેલા ફ્યુઅલ સેલ યુનિટના કાર્યોને તેમની ડબલ-સાઇડેડ રચના દ્વારા એકીકૃત કરે છે.

તેના સંચાલન સિદ્ધાંતને નીચેની ચાર જોડાયેલી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા સમજી શકાય છે:

પ્રથમ છે વર્તમાન સંગ્રહ અને વહન પદ્ધતિ. બળતણ કોષ પ્રતિક્રિયા દરમિયાન, હાઇડ્રોજન એનોડ પર ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે, અને આ ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય સર્કિટ દ્વારા શક્તિ તરીકે આઉટપુટ થાય છે. બાયપોલર પ્લેટ એક કોષથી બીજા કોષમાં ઇલેક્ટ્રોનને માર્ગદર્શન આપવા માટે જવાબદાર છે. ગ્રેફાઇટની આંતરિક વિદ્યુત વાહકતા 10⁴ S/cm ના ક્રમ સુધી પહોંચી શકે છે, જે ઓહ્મિક નુકસાનને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે અને તેથી સિસ્ટમ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે.

બીજું રિએક્ટન્ટ ટ્રાન્સપોર્ટ અને ફ્લો ફિલ્ડ કંટ્રોલનું મિકેનિઝમ છે. બાયપોલર પ્લેટ સપાટીને ચોકસાઇ ફ્લો ચેનલોથી મશિન કરવામાં આવે છે જેથી હાઇડ્રોજન અને હવા સમાન રીતે વિતરિત થાય અને પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થતા પાણીને દૂર કરી શકાય. આ પ્રક્રિયા મૂળભૂત રીતે ગેસ-લિક્વિડ બે-તબક્કાના ફ્લો કંટ્રોલ સમસ્યા છે, અને તેની ડિઝાઇન સીધી માસ ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતા અને બેટરી કામગીરી સ્થિરતાને અસર કરે છે.

ત્રીજું થર્મલ મેનેજમેન્ટ મિકેનિઝમ છે. ફ્યુઅલ સેલ ઓપરેશન દરમિયાન ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે; જો આ ગરમીને અસરકારક રીતે વિખેરી ન શકાય, તો તે સ્થાનિક હોટ સ્પોટ્સ તરફ દોરી જશે અને મેમ્બ્રેન ઇલેક્ટ્રોડ વૃદ્ધત્વને વેગ આપશે. ગ્રેફાઇટની ઉત્તમ થર્મલ વાહકતા તેને પ્લેનમાં ઝડપથી અને સમાન રીતે ગરમી ફેલાવવાની મંજૂરી આપે છે, જેનાથી સ્ટેકની અંદર સ્થિર તાપમાન ક્ષેત્ર જાળવી શકાય છે.

છેલ્લે, સીલિંગ અને આઇસોલેશન મિકેનિઝમ છે. માળખાકીય ડિઝાઇન અને સંકલિત સીલિંગ સિસ્ટમ દ્વારા, બાયપોલર પ્લેટ હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનનું કડક અલગીકરણ સુનિશ્ચિત કરે છે, જે ગેસ ક્રોસ-પ્રદૂષણને અટકાવે છે. આ માત્ર કાર્યક્ષમતાને અસર કરતું નથી પરંતુ સિસ્ટમ સલામતીને પણ સીધી અસર કરે છે.

સારાંશમાં, ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટોનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત એકલ ભૌતિક પ્રક્રિયા નથી, પરંતુ વિદ્યુત, થર્મલ, પ્રવાહ અને માળખાકીય પરિબળોને સમાવિષ્ટ બહુ-ક્ષેત્ર જોડાણ પ્રણાલીના સિનર્જિસ્ટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું પરિણામ છે.

III. ગ્રેફાઇટ કેમ પસંદ કરો: મુખ્ય ભૌતિક ગુણધર્મોનું વિશ્લેષણ

ગ્રેફાઇટ ઐતિહાસિક રીતે અને આજે પણ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતું બાયપોલર પ્લેટ મટિરિયલ બની ગયું છે, કારણ કે તેના અનેક મુખ્ય પ્રદર્શન માપદંડોમાં વ્યાપક ફાયદાઓ છે.

વિદ્યુત ગુણધર્મોની દ્રષ્ટિએ, ગ્રેફાઇટ ઉત્તમ વિદ્યુત વાહકતા દર્શાવે છે; તેનું સ્તરીય માળખું ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન માટે સતત માર્ગ પૂરો પાડે છે, જે તેને DOE ટેકનિકલ સ્પષ્ટીકરણો (વાહકતા > 100 S/cm) ને પૂર્ણ કરવા માટે એક આદર્શ સામગ્રી બનાવે છે.

રાસાયણિક સ્થિરતાની દ્રષ્ટિએ, ગ્રેફાઇટ અસાધારણ કાટ પ્રતિકાર દર્શાવે છે. ઇંધણ કોષોના એસિડિક અને ઉચ્ચ-સંભવિત વાતાવરણમાં, ધાતુના પદાર્થો ઘણીવાર કાટ લાગે છે અને નિષ્ક્રિયતા સ્તરો બનાવે છે, જેનાથી સંપર્ક પ્રતિકાર વધે છે. તેનાથી વિપરીત, ગ્રેફાઇટમાં સહજ રાસાયણિક જડતા હોય છે, જે લાંબા ગાળાના સ્થિર કામગીરીને સક્ષમ બનાવે છે.

થર્મલ ગુણધર્મોની વાત કરીએ તો, ગ્રેફાઇટમાં ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા હોય છે, જે સ્ટેકની અંદર સમાન તાપમાન વિતરણ પ્રાપ્ત કરવામાં મદદ કરે છે અને સ્થાનિક ઓવરહિટીંગને કારણે મેમ્બ્રેન ઇલેક્ટ્રોડને થતા નુકસાનને અટકાવે છે.

વધુમાં, ગ્રેફાઇટ ઉત્તમ ગેસ અવરોધ ગુણધર્મો પ્રદાન કરે છે (જે ગર્ભાધાન દ્વારા વધુ વધારી શકાય છે), અસરકારક રીતે હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનના પ્રવેશને અટકાવે છે અને સિસ્ટમની અખંડિતતા સુનિશ્ચિત કરે છે.

જોકે, એન્જિનિયરિંગના દૃષ્ટિકોણથી, ગ્રેફાઇટમાં નોંધપાત્ર મર્યાદાઓ છે. ઉદાહરણ તરીકે, તે ખૂબ જ બરડ છે, પ્રક્રિયા કરવામાં મુશ્કેલ છે, અને સામાન્ય રીતે તેને કેટલાક મિલીમીટર (>2-5 મીમી) ની જાડાઈની જરૂર પડે છે, જે હળવા અને ઉચ્ચ-પાવર-ઘનતાવાળા સ્ટેક ડિઝાઇન પ્રાપ્ત કરવાના પ્રયાસોને અવરોધે છે. પરિણામે, તાજેતરના વર્ષોમાં સંયુક્ત ગ્રેફાઇટ અને ધાતુના વિકલ્પો ધીમે ધીમે સંશોધનનું કેન્દ્ર બન્યા છે.

IV. ઉદ્યોગના વલણો અને ભવિષ્યનું ભવિષ્ય

જેમ જેમ ઇંધણ કોષોનું વ્યાપારીકરણ ઝડપી બને છે, બાયપોલર પ્લેટ ટેકનોલોજી ઝડપી વિકાસમાંથી પસાર થઈ રહી છે, તેનો વિકાસ સ્પષ્ટપણે સામગ્રી અને ઉત્પાદન પ્રગતિ બંને દ્વારા પ્રેરિત છે.

એક તરફ, પેસેન્જર વાહનો અને ઉચ્ચ-શક્તિ-ઘનતા એપ્લિકેશનોમાં, ઉદ્યોગ ધીમે ધીમે પરંપરાગત ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટોથી મેટલ બાયપોલર પ્લેટો (જેમ કે સ્ટેનલેસ સ્ટીલ અને ટાઇટેનિયમ એલોય) તરફ સંક્રમણ કરી રહ્યો છે. આ સામગ્રી સબ-મિલિમીટર જાડાઈ પ્રાપ્ત કરી શકે છે, અને સ્ટેમ્પિંગ પ્રક્રિયાઓ ઉત્પાદન ખર્ચમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરે છે, જેનાથી મોટા પાયે ઉત્પાદનની માંગણીઓ પૂર્ણ થાય છે.

બીજી બાજુ, ગ્રેફાઇટ કમ્પોઝિટ બાયપોલર પ્લેટ્સ એક મુખ્ય ટ્રાન્ઝિશનલ સોલ્યુશન તરીકે ઉભરી રહી છે. રેઝિન અને કાર્બન નેનોટ્યુબ જેવા વાહક ફિલરનો સમાવેશ કરીને, આ સામગ્રી ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા અને કાટ પ્રતિકાર જાળવી શકે છે જ્યારે યાંત્રિક શક્તિમાં સુધારો કરી શકે છે અને પ્રક્રિયા ખર્ચ ઘટાડી શકે છે.

તે જ સમયે, અદ્યતન ઉત્પાદન તકનીકો (જેમ કે એડિટિવ ઉત્પાદન) બાયપોલર પ્લેટ ફ્લો ચેનલોની ડિઝાઇનને વધુ જટિલતા અને કાર્યક્ષમતા તરફ દોરી રહી છે, જેનાથી ઇંધણ કોષોની એકંદર કામગીરી અને ઊર્જા ઉપયોગ કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે.

લાંબા ગાળે, ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટો નીચેના ક્ષેત્રોમાં સ્પર્ધાત્મક રહેશે:

● સ્થિર વીજ ઉત્પાદન પ્રણાલીઓ (જ્યાં ખર્ચ અને આયુષ્ય મહત્વપૂર્ણ પરિબળો છે)

● ઓછી-થી-મધ્યમ પાવર એપ્લિકેશન્સ

● આલ્કલાઇન અથવા ચોક્કસ કાર્યકારી સ્થિતિ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સિસ્ટમ્સ

એક અગ્રણી ચીની ઉત્પાદક અને સપ્લાયર તરીકેગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટો, નિંગબો VET એનર્જીએ PEMFC માટે અદ્યતન ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટો વિકસાવી છે જે ખર્ચ-અસરકારક, ખૂબ જ વાહક અને યાંત્રિક રીતે મજબૂત છે. VET એનર્જી ગેસ અભેદ્યતા અને ઉચ્ચ શક્તિ પ્રાપ્ત કરવા માટે રેઝિન-ઇમ્પ્રેગ્નેટેડ ગ્રેફાઇટ સામગ્રી પણ પ્રદાન કરે છે, જ્યારે ગ્રેફાઇટની સહજ શ્રેષ્ઠ વિદ્યુત અને થર્મલ વાહકતા જાળવી રાખે છે.

વધુ અગત્યનું,વીઈટી એનર્જીકસ્ટમાઇઝ્ડ ગ્રેફાઇટ બાયપોલર પ્લેટ ડિઝાઇન આવશ્યકતાઓને સપોર્ટ કરે છે. અમે પ્લેટોની બંને બાજુઓને મશીન કરીને ફ્લો ચેનલો બનાવી શકીએ છીએ, ફક્ત એક બાજુ મશીન બનાવી શકીએ છીએ, અથવા મશીન વગરની ખાલી પ્લેટો પ્રદાન કરી શકીએ છીએ. બધી ગ્રેફાઇટ પ્લેટો તમારા વિગતવાર સ્પષ્ટીકરણો અનુસાર પ્રક્રિયા કરી શકાય છે. અમે તમારી વધુ પૂછપરછની રાહ જોઈ રહ્યા છીએ.