Kādi ir bipolāro plākšņu veidi?

Degvielas elementu galvenajos komponentos bipolārajām plāksnēm ir izšķiroša nozīme. Tās ne tikai vada elektrisko strāvu, bet arī kalpo atsevišķu elementu vienību atdalīšanai, gāzes sadalīšanai un siltuma izkliedēšanai. Līdz ar degvielas elementu tehnoloģijas nepārtrauktu attīstību ir dažādojusies arī bipolāro plākšņu materiālu daudzveidība, un tos var atrast tādās lietojumprogrammās kā elektrolizatori un plūsmas baterijas. Izplatītākie bipolāro plākšņu materiāli ir metāli, grafīts un kompozītgrafīts, katram no tiem ir savas unikālas priekšrocības un trūkumi, un tie ir piemēroti dažādiem pielietojuma scenārijiem.

1.Metāla bipolārā plāksne

Metāla bipolārās plāksnes ir vieni no agrākajiem materiāliem, ko izmanto degvielas elementos. Izplatītākie metāla materiāli ir nerūsējošais tērauds, titāna sakausējumi un alumīnija sakausējumi. Šiem metāliem piemīt lieliska mehāniskā izturība un elektrovadītspēja, tāpēc tos plaši izmantoja agrīnajos degvielas elementu pielietojumos.

Priekšrocības

• Augsta vadītspēja: Metāla materiāliem ir lieliska elektrovadītspēja, kas palīdz uzlabot degvielas elementu kopējo efektivitāti.
• Spēcīga mehāniskā izturība: Metāla bipolārajām plāksnēm ir augsta mehāniskā izturība, kas ļauj tām izturēt lielāku spiedienu un ārējos triecienus, padarot tās piemērotas liela mēroga pielietojumiem.
• Laba apstrādājamība: Metāla materiālus var viegli veidot, izmantojot štancēšanu, lāzergriešanu un citus ražošanas procesus, kā rezultātā samazinās izmaksas un palielinās ražošanas efektivitāte.

Trūkumi

• Zema izturība pret koroziju: Metāli ir pakļauti korozijai elektroķīmiskās reakcijās, īpaši ilgstošas ​​ūdeņraža un skābekļa vides iedarbības laikā. Tas var izraisīt virsmas oksidēšanos un degradāciju, samazinot to kalpošanas laiku.
• Augstākas izmaksas: Augstas veiktspējas metāli, piemēram, nerūsējošais tērauds un titāna sakausējumi, ir dārgi. Turklāt nepieciešamība pēc pretkorozijas virsmas apstrādes vēl vairāk palielina ražošanas izmaksas.
• Lielāks svars: Salīdzinot ar citiem materiāliem, metāla bipolārās plāksnes ir smagākas, kas var būt ierobežojums svarjutīgiem lietojumiem (piemēram, automobiļiem).

Lietojumprogrammas
Metāla bipolārās plāksnes parasti izmanto degvielas elementu sistēmās, kurām nepieciešama augsta izturība un liela jauda. Piemēram, liela mēroga degvielas elementu enerģijas ražošanas sistēmās vai lieljaudas rūpnieciskajās iekārtās metāla bipolārās plāksnes tiek plaši izmantotas to izcilās izturības un ilgmūžības dēļ.

2. Grafīta bipolārā plāksne

Grafīta bipolārās plāksnesir viens no visplašāk izmantotajiem materiāliem degvielas elementos. Grafītam pašam piemīt lieliska elektrovadītspēja, izturība pret koroziju un stabilitāte augstā temperatūrā. Līdz ar grafīta apstrādes tehnoloģijas attīstību grafīta bipolārās plāksnes pakāpeniski ir kļuvušas par dominējošām degvielas elementu pielietojumos.

Priekšrocības

• Lieliska izturība pret koroziju: Grafītam piemīt izcila izturība pret ūdeņradi, skābekli un skābu vidi, ļaujot grafīta bipolārajām plāksnēm ilgstoši uzturēt stabilu veiktspēju.
• Mazs svars: Grafīta zemā blīvuma dēļ grafīta bipolārās plāksnes ir vieglas, padarot tās ideāli piemērotas svara ziņā jutīgiem lietojumiem, piemēram, degvielas elementu elektriskajiem transportlīdzekļiem (FCEV).
• Augsta vadītspēja: Grafīta izcilā elektrovadītspēja veicina uzlabotu akumulatora kopējo efektivitāti.

Trūkumi

• Trauslums: Grafīts ir relatīvi trausls un tam trūkst izturības, tāpēc tas ir pakļauts plaisāšanai augsta spiediena vai spēcīgas vibrācijas ietekmē.
• Sarežģīta apstrāde: Lai gan grafītu var apstrādāt, grafīta bipolāro plākšņu ražošanai nepieciešama augstas precizitātes ražošana, ko ir grūti kontrolēt. Turklāt smērvielu izmantošana ražošanas laikā palielina izmaksas.
• Mitruma absorbcija: Grafīts ir higroskopisks, un mitruma uzkrāšanās var negatīvi ietekmēt tā vadītspēju un izturību pret koroziju, īpaši mitrā vidē.

Lietojumprogrammas

Grafīta bipolārās plāksnes parasti izmanto maza un vidēja mēroga degvielas elementu sistēmās, īpaši transporta lietojumos, piemēram, degvielas elementu elektriskajos transportlīdzekļos (FCEV). To vieglais svars un izturība pret koroziju padara tās ļoti piemērotas šādiem scenārijiem.

3.Kompozīta grafīta bipolārā plāksne

Kompozītgrafīta bipolārās plāksnes ir jauna veida kompozītmateriāls, kas veidots, apvienojot grafītu ar citiem materiāliem (piemēram, sveķiem un oglekļa šķiedrām). Kompozītgrafīta priekšrocība ir tā spēja saglabāt grafīta priekšrocības, vienlaikus kompensējot tā trauslumu un apstrādes grūtības, pievienojot citus materiālus.

Priekšrocības

• Uzlabota mehāniskā izturība: Iekļaujot citus materiālus, kompozītgrafīts uzlabo izejvielu mehānisko izturību, mazina grafīta raksturīgo trauslumu un samazina lūzumu risku.
• Lieliska izturība pret koroziju: Kompozītgrafīts saglabā grafīta izcilo izturību pret koroziju, padarot to ideāli piemērotu ilgstošai iedarbībai skābā vidē.
• Mazāks svars un izmaksas: Pateicoties vieglākam svaram un kontrolētām ražošanas izmaksām, kompozītgrafīts piedāvā labāku izmaksu efektivitāti nekā metāla materiāli.

Trūkumi

• Sarežģīta apstrāde: Neskatoties uz veiktspējas priekšrocībām, kompozītgrafīta ražošanai ir nepieciešamas progresīvas tehnoloģijas, un materiāla vienmērīguma nodrošināšana joprojām ir sarežģīta, kas var ietekmēt bipolāro plākšņu stabilitāti.
• Nedaudz samazināta vadītspēja: Citu materiālu pievienošana var nedaudz samazināt kopējo vadītspēju, ietekmējot degvielas elementu efektivitāti salīdzinājumā ar tīru grafītu.

Lietojumprogrammas
Kompozītmateriālu grafīta bipolārās plāksnes tiek plaši izmantotas degvielas elementu sistēmās, kurām nepieciešama augsta mehāniskā izturība un ilgs kalpošanas laiks, jo īpaši transportā, pārnēsājamās enerģijas ražošanas un rezerves barošanas sistēmās. Līdz ar nepārtrauktu tehnoloģiju attīstību to pielietojuma iespējas strauji paplašinās.