Ինչպե՞ս են գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղները աշխատում վառելիքային բջիջներում։

I. Գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղների կենտրոնական դերը արդյունաբերության բումի մեջ

«Երկակի ածխածնային» նպատակների և ջրածնային տնտեսության արագ զարգացման ֆոնին, վառելիքային մարտկոցները (հատկապես PEM վառելիքային մարտկոցները) անցում են կատարում ցուցադրական փուլից դեպի լայնածավալ կիրառում: Ուղևորատար մեքենաներից մինչև բաշխված էներգիայի արտադրության համակարգեր, վառելիքային մարտկոցների համակարգի արդյունավետությունը, կյանքի տևողությունը և արժեքը դառնում են արդյունաբերության մրցակցության հիմնական ցուցանիշներ:

Այս համակարգում գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղը ոչ միայն «օժանդակ բաղադրիչ» է, այլև վառելիքային բջիջների կույտի աշխատանքը որոշող հիմնական ֆունկցիոնալ տարրերից մեկը։ Հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ երկբևեռ թիթեղները կազմում են վառելիքային բջիջների կույտի քաշի մոտավորապես 60-80%-ը և արժեքի 40-50%-ը. դրանց նախագծումը և նյութի ընտրությունը անմիջականորեն ազդում են համակարգի հզորության խտության, դիմացկունության և արտադրական ծախսերի վրա։

Աշխատանքային մեխանիզմի տեսանկյունից, գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղները ապահովում են վառելիքային բջիջների կայուն և անընդհատ էլեկտրաքիմիական ռեակցիան՝ բարձր մակարդակի ինտեգրման միջոցով, ներառյալ «հոսանքի հաղորդունակությունը, գազի բաշխումը, ջերմային կառավարումը և կառուցվածքային աջակցությունը», ինչը դրանք դարձնում է կույտի իրական «բազմաֆիզիկական միացման միջուկի բաղադրիչ»։

II. Գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղների դերը և գործունեության սկզբունքները վառելիքային բջիջներում 

Պրոտոնային փոխանակման թաղանթային վառելիքային բջիջում (PEMFC) գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղները տեղակայված են թաղանթային էլեկտրոդային հավաքույթի (MEA) երկու կողմերում, որոնք իրենց երկկողմանի կառուցվածքի միջոցով ինտեգրում են շարքային միացված վառելիքային բջիջների գործառույթները։

Դրա գործունեության սկզբունքը կարելի է հասկանալ հետևյալ չորս փոխկապակցված գործընթացների միջոցով.

Առաջինը հոսանքի հավաքման և հաղորդման մեխանիզմն է։ Վառելիքային բջիջների ռեակցիայի ընթացքում ջրածինը կորցնում է էլեկտրոններ անոդում, և այդ էլեկտրոնները որպես էներգիա են արտածվում արտաքին շղթայի միջոցով։ Երկբևեռ թիթեղը պատասխանատու է էլեկտրոնները մեկ բջիջից մյուսը ուղղորդելու համար։ Գրաֆիտի ներքին էլեկտրական հաղորդունակությունը կարող է հասնել 10⁴ S/cm կարգի, զգալիորեն նվազեցնելով օհմական կորուստները և դրանով իսկ բարելավելով համակարգի արդյունավետությունը։

Երկրորդը ռեակտիվների տեղափոխման և հոսքի դաշտի կառավարման մեխանիզմն է: Երկբևեռ թիթեղի մակերեսը մշակվում է ճշգրիտ հոսքի ալիքներով՝ ջրածինն ու օդը հավասարաչափ բաշխելու և ռեակցիայի ընթացքում առաջացած ջուրը հեռացնելու համար: Այս գործընթացը, ըստ էության, գազ-հեղուկ երկֆազ հոսքի կառավարման խնդիր է, և դրա նախագծումը անմիջականորեն ազդում է զանգվածի փոխանցման արդյունավետության և մարտկոցի աշխատանքի կայունության վրա:

Երրորդը՝ ջերմային կառավարման մեխանիզմն է։ Վառելիքային բջիջները աշխատանքի ընթացքում ջերմություն են առաջացնում. եթե այս ջերմությունը հնարավոր չէ արդյունավետորեն ցրել, դա կհանգեցնի տեղայնացված տաք կետերի առաջացմանը և կարագացնի թաղանթային էլեկտրոդի ծերացումը։ Գրաֆիտի գերազանց ջերմահաղորդականությունը թույլ է տալիս այն արագ և հավասարաչափ ցրել ջերմությունը հարթության մեջ, այդպիսով պահպանելով կայուն ջերմաստիճանային դաշտ կույտի ներսում։

Վերջապես, կա կնքման և մեկուսացման մեխանիզմ: Կառուցվածքային նախագծման և համակարգված կնքման համակարգի միջոցով երկբևեռ թիթեղը ապահովում է ջրածնի և թթվածնի խիստ տարանջատումը՝ կանխելով գազի խաչաձև աղտոտումը: Սա ոչ միայն ազդում է արդյունավետության, այլև անմիջականորեն ազդում է համակարգի անվտանգության վրա:

Ամփոփելով՝ գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղների գործողության սկզբունքը մեկ ֆիզիկական գործընթաց չէ, այլ բազմադաշտային միացված համակարգի սիներգետիկ փոխազդեցության արդյունք՝ ներառելով էլեկտրական, ջերմային, հոսքի և կառուցվածքային գործոններ։

III. Ինչու՞ ընտրել գրաֆիտ. Հիմնական ֆիզիկական հատկությունների վերլուծություն

Գրաֆիտը դարձել է լայնորեն օգտագործվող երկբևեռ թիթեղային նյութ՝ թե՛ պատմականորեն, թե՛ այսօր՝ բազմաթիվ հիմնական ցուցանիշների առումով իր համապարփակ առավելությունների շնորհիվ։

Էլեկտրական հատկությունների առումով գրաֆիտը ցուցաբերում է գերազանց էլեկտրահաղորդականություն. դրա շերտավոր կառուցվածքը ապահովում է էլեկտրոնների անընդհատ տեղափոխման ուղի, ինչը այն դարձնում է իդեալական նյութ՝ Էներգետիկայի նախարարության տեխնիկական պահանջներին (հաղորդականություն > 100 Ս/սմ) համապատասխանելու համար։

Քիմիական կայունության առումով գրաֆիտը ցուցաբերում է բացառիկ կոռոզիոն դիմադրություն: Վառելիքային բջիջների թթվային և բարձր պոտենցիալային միջավայրում մետաղական նյութերը հաճախ կոռոզիայի են ենթարկվում և առաջացնում պասիվացման շերտեր, դրանով իսկ մեծացնելով շփման դիմադրությունը: Ի տարբերություն դրա, գրաֆիտը ունի բնածին քիմիական իներտություն, որը հնարավորություն է տալիս երկարատև կայուն աշխատանք:

Ջերմային հատկությունների առումով գրաֆիտն ունի բարձր ջերմահաղորդականություն, ինչը նպաստում է ջերմաստիճանի միատարր բաշխմանը կույտի ներսում և կանխում է տեղայնացված գերտաքացման պատճառով թաղանթային էլեկտրոդի վնասումը։

Ավելին, գրաֆիտը առաջարկում է գերազանց գազային արգելապատնեշային հատկություններ (որոնք կարող են էլ ավելի բարելավվել ներծծման միջոցով), արդյունավետորեն կանխելով ջրածնի և թթվածնի ներթափանցումը և ապահովելով համակարգի ամբողջականությունը։

Սակայն, ճարտարագիտական ​​տեսանկյունից, գրաֆիտն ունի էական սահմանափակումներ: Օրինակ, այն շատ փխրուն է, դժվար է մշակել և սովորաբար պահանջում է մի քանի միլիմետր (>2–5 մմ) հաստություն, ինչը խոչընդոտում է թեթև և բարձր հզորության խտությամբ կույտերի նախագծեր ստանալու ջանքերին: Հետևաբար, վերջին տարիներին կոմպոզիտային գրաֆիտի և մետաղի այլընտրանքները աստիճանաբար դարձել են հետազոտության ուշադրության կենտրոնում:

IV. Արդյունաբերության միտումները և ապագայի հեռանկարները

Քանի որ վառելիքային բջիջների առևտրայնացումը արագանում է, երկբևեռ թիթեղների տեխնոլոգիան արագ զարգացում է ապրում, որի զարգացումը հստակորեն պայմանավորված է ինչպես նյութերով, այնպես էլ արտադրական առաջընթացով։

Մի կողմից, մարդատար տրանսպորտային միջոցներում և բարձր հզորության խտությամբ կիրառություններում արդյունաբերությունը աստիճանաբար անցում է կատարում ավանդական գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղներից դեպի մետաղական երկբևեռ թիթեղներ (օրինակ՝ չժանգոտվող պողպատ և տիտանի համաձուլվածքներ): Այս նյութերը կարող են հասնել միլիմետրից էլ փոքր հաստության, իսկ դրոշմման գործընթացները զգալիորեն կրճատում են արտադրական ծախսերը՝ այդպիսով բավարարելով զանգվածային արտադրության պահանջները:

Մյուս կողմից, գրաֆիտային կոմպոզիտային երկբևեռ թիթեղները ի հայտ են գալիս որպես հիմնական անցումային լուծում: Ներառելով հաղորդիչ լցանյութեր, ինչպիսիք են խեժերը և ածխածնային նանոխողովակները, այս նյութերը կարող են պահպանել բարձր էլեկտրահաղորդականություն և կոռոզիոն դիմադրություն՝ միաժամանակ բարելավելով մեխանիկական ամրությունը և նվազեցնելով մշակման ծախսերը:

Միևնույն ժամանակ, առաջադեմ արտադրական տեխնոլոգիաները (օրինակ՝ հավելումային արտադրությունը) երկբևեռ թիթեղային հոսքային խողովակների նախագծումը տանում են դեպի ավելի մեծ բարդություն և արդյունավետություն, դրանով իսկ բարելավելով վառելիքային բջիջների ընդհանուր աշխատանքը և էներգիայի օգտագործման արդյունավետությունը։

Երկարաժամկետ հեռանկարում գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղները կմնան մրցունակ հետևյալ ոլորտներում.

● Ստացիոնար էլեկտրաէներգիայի արտադրության համակարգեր (որտեղ արժեքը և կյանքի տևողությունը կարևոր գործոններ են)

● Ցածրից մինչև միջին հզորության կիրառություններ

● Ալկալային կամ հատուկ աշխատանքային պայմանների էլեկտրաքիմիական համակարգեր

Որպես առաջատար չինական արտադրող և մատակարարգրաֆիտային երկբևեռ թիթեղներ, Ningbo VET Energy-ն մշակել է PEMFC-ների համար առաջադեմ գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղներ, որոնք մատչելի են, բարձր հաղորդունակություն ունեն և մեխանիկորեն ամուր են: VET Energy-ն նաև առաջարկում է խեժով ներծծված գրաֆիտային նյութեր՝ գազի անթափանցելիության և բարձր ամրության հասնելու համար, միաժամանակ պահպանելով գրաֆիտի բնորոշ գերազանց էլեկտրական և ջերմահաղորդականությունը:

Ավելի կարևոր է,Մասնագիտական ​​​​ուսումնական հաստատությունների էներգետիկաԱջակցում է գրաֆիտային երկբևեռ թիթեղների նախագծման անհատականացված պահանջներին: Մենք կարող ենք մեքենայով մշակել թիթեղների երկու կողմերը՝ հոսքային ալիքներ ստեղծելու համար, մեքենայով մշակել միայն մեկ կողմը կամ տրամադրել չմշակված դատարկ թիթեղներ: Բոլոր գրաֆիտային թիթեղները կարող են մշակվել ձեր մանրամասն պահանջներին համապատասխան: Մենք անհամբեր սպասում ենք ձեր հետագա հարցումներին: