რა არის გრაფიტის ბიპოლარული ფირფიტა?

გრაფიტის ბიპოლარული ფირფიტაარის ელექტროქიმიურ აღჭურვილობაში, როგორიცაა საწვავის უჯრედები და ელექტროლიზერები, რომლებიც ჩვეულებრივ დამზადებულია მაღალი სისუფთავის გრაფიტის მასალებისგან, გამოყენებული ძირითადი კომპონენტია. ის სასიცოცხლო როლს ასრულებს ელექტროქიმიურ რეაქციებში, ძირითადად გამოიყენება დენის გატარების, რეაქციის აირების (როგორიცაა წყალბადი და ჟანგბადი) განაწილებისა და რეაქციის არეების გამოსაყოფად. რადგან მისი ორი მხარე ეხება მიმდებარე ცალკეული უჯრედების ანოდსა და კათოდს, რაც ქმნის „ბიპოლარულ“ სტრუქტურას (ერთი მხარე არის ანოდის ნაკადის ველი, ხოლო მეორე მხარე - კათოდის ნაკადის ველი), მას ბიპოლარული ფირფიტა ეწოდება.

გრაფიტის ბიპოლარული ფირფიტის სტრუქტურა

გრაფიტის ბიპოლარული ფირფიტები, როგორც წესი, შემდეგი ნაწილებისგან შედგება:
1. ნაკადის ველიბიპოლარული ფილის ზედაპირი შექმნილია რთული ნაკადის ველის სტრუქტურით, რათა თანაბრად გადაანაწილოს რეაქციის აირი (მაგალითად, წყალბადი, ჟანგბადი ან ჰაერი) და გამოყოს წარმოქმნილი წყალი.

2. გამტარი ფენაგრაფიტის მასალას თავად აქვს კარგი გამტარობა და შეუძლია დენის ეფექტურად გატარება.

3. დალუქვის არეალიბიპოლარული ფირფიტების კიდეები, როგორც წესი, დამუშავებულია დალუქვის სტრუქტურებით, რათა თავიდან იქნას აცილებული გაზის გაჟონვა და სითხის შეღწევა.

4. გაგრილების არხები (სურვილისამებრ)ზოგიერთ მაღალი ხარისხის აპლიკაციაში, გაგრილების არხები შეიძლება დაპროექტდეს ბიპოლარული ფირფიტების შიგნით, აღჭურვილობის სამუშაო ტემპერატურის რეგულირებისთვის.

გრაფიტის ბიპოლარული ფირფიტების ფუნქციები

1. გამტარობის ფუნქცია:

ელექტროქიმიური აღჭურვილობის ელექტროდის სახით, ბიპოლარული ფირფიტა პასუხისმგებელია დენის შეგროვებასა და გატარებაზე, რათა უზრუნველყოს ელექტროენერგიის ეფექტური გამომუშავება.
2. გაზის განაწილება:

ნაკადის არხის დიზაინის მეშვეობით, ბიპოლარული ფირფიტა თანაბრად ანაწილებს რეაქციის გაზს კატალიზატორის ფენაზე, რაც ხელს უწყობს ელექტროქიმიურ რეაქციას.
3. რეაქციის ზონების გამოყოფა:

საწვავის უჯრედში ან ელექტროლიზატორში, ბიპოლარული ფირფიტები ანოდისა და კათოდის არეებს ჰყოფს, რაც აირების შერევას უშლის ხელს.
4. სითბოს გაფრქვევა და დრენაჟი:

ბიპოლარული ფირფიტები ხელს უწყობენ აღჭურვილობის სამუშაო ტემპერატურის რეგულირებას და რეაქციის შედეგად წარმოქმნილი წყლის ან სხვა თანმდევი პროდუქტების გამოდევნას.
5. მექანიკური საყრდენი:

ბიპოლარული ფირფიტები უზრუნველყოფენ მემბრანული ელექტროდის სტრუქტურულ საყრდენს, რაც უზრუნველყოფს აღჭურვილობის სტაბილურობას და გამძლეობას.

რატომ უნდა ავირჩიოთ გრაფიტი, როგორც ბიპოლარული ფირფიტის მასალა?

გრაფიტის ბიპოლარული ფირფიტების მატერიალური თვისებები
●მაღალი გამტარობა:

გრაფიტის მოცულობითი წინაღობა 10-15 μΩ·სმ-მდე დაბალია (100-200 μΩ·სმ-ზე უკეთესია).ლითონის ბიპოლარული ფირფიტა) .

●კოროზიისადმი მდგრადობა:

საწვავის უჯრედების მჟავე გარემოში (pH 2-3) კოროზია თითქმის არ არის, ხოლო მათი მომსახურების ვადა შეიძლება 20,000 საათზე მეტხანს აღწევდეს.

●მსუბუქი:

სიმკვრივე დაახლოებით 1.8 გ/სმ3-ია (7-8 გ/სმ3 ლითონის ბიპოლარული ფირფიტისთვის), რაც სასარგებლოა წონის შესამცირებლად სატრანსპორტო საშუალებებში.

●გაზის ბარიერის თვისება:

გრაფიტის მკვრივი სტრუქტურა ეფექტურად უშლის ხელს წყალბადის შეღწევას და აქვს მაღალი უსაფრთხოება.

●მარტივი დამუშავება:

გრაფიტის მასალა ადვილად დასამუშავებელია და საჭიროების მიხედვით შესაძლებელია რთული ნაკადის არხის დიზაინისა და ზომების მორგება.

როგორ მზადდება გრაფიტის ბიპოლარული ფირფიტები?

წარმოების პროცესიგრაფიტის ბიპოლარული ფირფიტამოიცავს შემდეგს:
●ნედლეულის მომზადება:

გამოიყენეთ მაღალი სისუფთავის (>99.9%) ბუნებრივი გრაფიტი ან ხელოვნური გრაფიტის ფხვნილი.

მექანიკური სიმტკიცის გასაძლიერებლად, შემაკავშირებელ ნივთიერებად დაამატეთ ფისი (მაგალითად, ფენოლური ფისი).

●კომპრესიული ჩამოსხმა:

შერეული მასალა შეჰყავთ ყალიბში და იწნეხება მაღალი ტემპერატურის (200-300℃) და მაღალი წნევის (>100 მპა) ქვეშ.

●გრაფიტიზაციით დამუშავება:

ინერტულ ატმოსფეროში 2500-3000℃-მდე გაცხელება იწვევს არანახშირბადოვანი ელემენტების აორთქლებას და მკვრივი გრაფიტის სტრუქტურის წარმოქმნას.

●მორბენლის დამუშავება:

CNC მანქანების ან ლაზერების გამოყენებით ამოკვეთეთ სერპენტინიტური, პარალელური ან ერთმანეთზე გადაჯაჭვული არხები (სიღრმე 0.5-1 მმ).

●ზედაპირული დამუშავება:

ფისით ან ლითონის (მაგალითად, ოქროს, ტიტანის) საფარით გაჟღენთვა ამცირებს კონტაქტურ წინააღმდეგობას და აუმჯობესებს ცვეთისადმი მდგრადობას.

რა გამოყენება აქვს გრაფიტის ბიპოლარულ ფირფიტებს?

1. საწვავის უჯრედი:

- პროტონგაცვლითი მემბრანული საწვავის უჯრედი (PEMFC)

- მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედი (SOFC)

- პირდაპირი მეთანოლის საწვავის უჯრედი (DMFC)

2. ელექტროლიზატორი:

- წყალბადის წარმოება წყლის ელექტროლიზით

- ქლორ-ტუტე მრეწველობა

3. ენერგიის შენახვის სისტემა:

- ნაკადის ბატარეა

4. ქიმიური მრეწველობა:

- ელექტროქიმიური რეაქტორი

5. ლაბორატორიული კვლევა:

- საწვავის უჯრედებისა და ელექტროლიზატორების პროტოტიპების შემუშავება და ტესტირება

შეჯამება

გრაფიტის ბიპოლარული ფირფიტებიწარმოადგენს ელექტროქიმიური აღჭურვილობის, როგორიცაა საწვავის ელემენტები და ელექტროლიზატორები, ძირითად კომპონენტებს და ასრულებენ მრავალ ფუნქციას, როგორიცაა გამტარობა, გაზის განაწილება და რეაქციის არეების გამოყოფა. სუფთა ენერგიის ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, გრაფიტის ბიპოლარული ფირფიტები სულ უფრო ხშირად გამოიყენება ახალი ენერგიის სატრანსპორტო საშუალებებში, ენერგიის შენახვის სისტემებში, ქიმიური წყალბადის წარმოებასა და სხვა სფეროებში.