Kas yra grafito bipolinė plokštė?

Grafito bipolinė plokštėyra pagrindinis komponentas, naudojamas elektrocheminėje įrangoje, tokioje kaip kuro elementai ir elektrolizeriai, paprastai pagamintas iš labai gryno grafito medžiagų. Jis atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį elektrocheminėse reakcijose, daugiausia naudojamas srovei praleisti, reakcijos dujoms (pvz., vandeniliui ir deguoniui) paskirstyti ir reakcijos zonoms atskirti. Kadangi jo dvi pusės liečiasi su gretimų atskirų elementų anodu ir katodu, sudarydamos „bipolinę“ struktūrą (viena pusė yra anodo srauto laukas, o kita – katodo srauto laukas), jis vadinamas bipoline plokšte.

Grafito bipolinės plokštės struktūra

Grafito bipolinės plokštės paprastai susideda iš šių dalių:
1. Srauto laukasBipolinės plokštės paviršius suprojektuotas su sudėtinga srauto lauko struktūra, kad reakcijos dujos (pvz., vandenilis, deguonis ar oras) būtų tolygiai paskirstytos ir susidaręs vanduo būtų išleidžiamas.

2. Laidus sluoksnisGrafito medžiaga pati savaime pasižymi geru laidumu ir gali efektyviai praleisti srovę.

3. Sandarinimo plotasBipolinių plokščių kraštai paprastai suprojektuoti su sandarinimo konstrukcijomis, kad būtų išvengta dujų nuotėkio ir skysčio prasiskverbimo.

4. Aušinimo kanalai (neprivaloma)Kai kuriuose didelio našumo įrenginiuose bipolinių plokščių viduje gali būti suprojektuoti aušinimo kanalai, skirti reguliuoti įrangos darbinę temperatūrą.

Grafito bipolinių plokščių funkcijos

1. Laidumo funkcija:

Kaip elektrocheminės įrangos elektrodas, bipolinė plokštė yra atsakinga už srovės surinkimą ir praleidimą, kad būtų užtikrintas efektyvus elektros energijos tiekimas.
2. Dujų paskirstymas:

Dėl srauto kanalo konstrukcijos bipolinė plokštė tolygiai paskirsto reakcijos dujas katalizatoriaus sluoksniui, skatindama elektrocheminę reakciją.
3. Atskiriamos reakcijos zonos:

Kuro elementuose arba elektrolizatoriuose bipolinės plokštės atskiria anodo ir katodo sritis, neleisdamos dujoms susimaišyti.
4. Šilumos išsklaidymas ir drenažas:

Bipolinės plokštės padeda reguliuoti įrangos darbinę temperatūrą ir išleidžia vandenį ar kitus reakcijos metu susidariusius šalutinius produktus.
5. Mechaninė atrama:

Bipolinės plokštės suteikia membraninio elektrodo konstrukcinę atramą, užtikrindamos įrangos stabilumą ir ilgaamžiškumą.

Kodėl verta rinktis grafitą kaip bipolinę plokštės medžiagą?

Grafito bipolinių plokščių medžiagų savybės
●Didelis laidumas:

Grafito tūrinė varža yra vos 10–15 μΩ·cm (geresnė nei 100–200 μΩ·cmmetalinė bipolinė plokštė) .

●Atsparumas korozijai:

Rūgštinėje kuro elementų aplinkoje (pH 2–3) beveik nėra korozijos, o tarnavimo laikas gali siekti daugiau nei 20 000 valandų.

●Lengvas svoris:

Tankis yra apie 1,8 g/cm3 (7–8 g/cm3 metalinei bipolinei plokštei), o tai naudinga mažinant svorį transporto priemonėse.

●Dujų barjero savybė:

Tanki grafito struktūra gali veiksmingai užkirsti kelią vandenilio prasiskverbimui ir yra labai saugi.

●Lengvas apdorojimas:

Grafito medžiaga yra lengvai apdorojama ir gali būti pritaikyta sudėtingiems srauto kanalų dizainams ir dydžiams pagal poreikius.

Kaip gaminamos grafito bipolinės plokštės?

Gamybos procesasgrafito bipolinė plokštėapima:
●Žaliavos paruošimas:

Naudokite didelio grynumo (> 99,9 %) natūralų grafitą arba dirbtinio grafito miltelius.

Į rišiklį įpilkite dervos (pvz., fenolio dervos), kad padidintumėte mechaninį stiprumą.

●Kompresinis liejimas:

Sumaišyta medžiaga įpurškiama į formą ir presuojama aukštoje temperatūroje (200–300 ℃) ir aukštame slėgyje (> 100 MPa).

●Grafitizacijos apdorojimas:

Kaitinant iki 2500–3000 ℃ inertinėje atmosferoje, ne anglies elementai išgaruoja ir sudaro tankią grafito struktūrą.

●Bėgiko apdorojimas:

CNC staklėmis arba lazeriais išpjaukite serpantino formos, lygiagrečius arba susipynusius kanalus (gylis 0,5–1 mm).

●Paviršiaus apdorojimas:

Impregnavimas derva arba metaline (pvz., auksu, titanu) danga sumažina kontaktinį varžą ir pagerina atsparumą dilimui.

Kokie yra grafito bipolinių plokščių panaudojimo būdai?

1. Kuro elementas:

- Protonų mainų membraninis kuro elementas (PEMFC)

- Kietojo oksido kuro elementas (SOFC)

- Tiesioginio metanolio kuro elementas (DMFC)

2. Elektrolizeris:

- Vandenilio gamyba vandens elektrolizės būdu

- Chloro šarmų pramonė

3. Energijos kaupimo sistema:

- Srauto akumuliatorius

4. Chemijos pramonė:

- Elektrocheminis reaktorius

5. Laboratoriniai tyrimai:

- Kuro elementų ir elektrolizerių prototipų kūrimas ir bandymai

Apibendrinti

Grafito bipolinės plokštėsyra pagrindiniai elektrocheminės įrangos, tokios kaip kuro elementai ir elektrolizeriai, komponentai, atliekantys daugybę funkcijų, tokių kaip laidumas, dujų paskirstymas ir reakcijos zonų atskyrimas. Tobulėjant švarios energijos technologijoms, grafito bipolinės plokštės vis dažniau naudojamos naujose energijos transporto priemonėse, energijos kaupimo sistemose, cheminės vandenilio gamybos ir kitose srityse.