Piastra bipolare in grafiteÈ un componente chiave utilizzato in apparecchiature elettrochimiche come celle a combustibile ed elettrolizzatori, solitamente realizzato in grafite ad alta purezza. Svolge un ruolo fondamentale nelle reazioni elettrochimiche, principalmente per condurre corrente, distribuire i gas di reazione (come idrogeno e ossigeno) e separare le aree di reazione. Poiché i suoi due lati entrano in contatto con l'anodo e il catodo di singole celle adiacenti, formando una struttura "bipolare" (un lato è il campo di flusso dell'anodo e l'altro è il campo di flusso del catodo), è chiamata piastra bipolare.
La struttura della piastra bipolare di grafite
Le piastre bipolari in grafite sono solitamente costituite dalle seguenti parti:
1. Campo di flusso:La superficie della piastra bipolare è progettata con una struttura complessa del campo di flusso per distribuire uniformemente il gas di reazione (come idrogeno, ossigeno o aria) e scaricare l'acqua generata.
2. Strato conduttivo:Il materiale in grafite ha di per sé una buona conduttività e può condurre la corrente in modo efficiente.
3. Area di sigillatura:I bordi delle piastre bipolari sono solitamente progettati con strutture di tenuta per impedire perdite di gas e penetrazione di liquidi.
4. Canali di raffreddamento (opzionali):In alcune applicazioni ad alte prestazioni, è possibile progettare canali di raffreddamento all'interno delle piastre bipolari per regolare la temperatura di esercizio dell'apparecchiatura.
Funzioni delle piastre bipolari di grafite
1. Funzione conduttiva:
In quanto elettrodo di apparecchiature elettrochimiche, la piastra bipolare ha il compito di raccogliere e condurre la corrente per garantire un'erogazione efficiente di energia elettrica.
2. Distribuzione del gas:
Grazie al design del canale di flusso, la piastra bipolare distribuisce uniformemente il gas di reazione allo strato del catalizzatore, favorendo la reazione elettrochimica.
3. Separazione delle zone di reazione:
In una cella a combustibile o in un elettrolizzatore, le piastre bipolari separano le aree dell'anodo e del catodo, impedendo ai gas di mescolarsi.
4. Dissipazione e drenaggio del calore:
Le piastre bipolari aiutano a regolare la temperatura di esercizio delle apparecchiature e a scaricare l'acqua o altri sottoprodotti generati dalla reazione.
5. Supporto meccanico:
Le piastre bipolari forniscono un supporto strutturale all'elettrodo a membrana, garantendo la stabilità e la durata dell'apparecchiatura.
Perché scegliere la grafite come materiale per le piastre bipolari?
Proprietà dei materiali delle piastre bipolari in grafite
●Alta conduttività:
La resistività di massa della grafite è bassa quanto 10-15μΩ·cm (migliore di 100-200 μΩ·cm dipiastra bipolare metallica) .
●Resistenza alla corrosione:
Quasi nessuna corrosione nell'ambiente acido delle celle a combustibile (pH 2-3) e la durata utile può superare le 20.000 ore.
●Leggero:
La densità è di circa 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 per piastre bipolari metalliche), il che è utile per ridurre il peso nelle applicazioni sui veicoli.
●Proprietà barriera ai gas:
La struttura densa della grafite può impedire efficacemente la penetrazione dell'idrogeno e garantisce un elevato livello di sicurezza.
●Facile lavorazione:
Il materiale in grafite è facile da lavorare e consente di personalizzare la progettazione e le dimensioni dei canali di flusso complessi in base alle esigenze.
Come vengono prodotte le piastre bipolari in grafite?
Il processo di produzione dipiastra bipolare in grafiteinclude quanto segue:
●Preparazione delle materie prime:
Utilizzare polvere di grafite naturale o artificiale ad elevata purezza (>99,9%).
Aggiungere resina (ad esempio resina fenolica) come legante per aumentare la resistenza meccanica.
●Stampaggio a compressione:
Il materiale miscelato viene iniettato in uno stampo e pressato ad alta temperatura (200-300°C) e alta pressione (>100 MPa).
●Trattamento di grafitizzazione:
Il riscaldamento a 2500-3000 °C in atmosfera inerte provoca la volatilizzazione degli elementi non carboniosi e la formazione di una struttura densa di grafite.
●Elaborazione del runner:
Utilizzare macchine CNC o laser per ricavare canali serpentini, paralleli o interdigitati (profondità 0,5-1 mm).
●Trattamento superficiale:
L'impregnazione con rivestimento in resina o metallo (ad esempio oro, titanio) riduce la resistenza al contatto e migliora la resistenza all'usura.
Quali sono le applicazioni delle piastre bipolari in grafite?
1. Cella a combustibile:
- Cella a combustibile a membrana a scambio protonico (PEMFC)
- Cella a combustibile a ossidi solidi (SOFC)
- Celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC)
2. Elettrolizzatore:
- Produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua
- Industria dei cloro-alcali
3. Sistema di accumulo di energia:
- Batteria a flusso
4. Industria chimica:
- Reattore elettrochimico
5. Ricerca di laboratorio:
- Sviluppo e test di prototipi di celle a combustibile ed elettrolizzatori
Riassumere
Piastre bipolari in grafiteSono componenti fondamentali di apparecchiature elettrochimiche come celle a combustibile ed elettrolizzatori e svolgono molteplici funzioni, come la conduttività, la distribuzione del gas e la separazione delle aree di reazione. Con lo sviluppo delle tecnologie per l'energia pulita, le piastre bipolari in grafite sono sempre più utilizzate nei veicoli a nuova energia, nei sistemi di accumulo di energia, nella produzione chimica di idrogeno e in altri settori.
Data di pubblicazione: 31-03-2025