Kas ir grafīta bipolārā plāksne?

Grafīta bipolārā plāksneir galvenā sastāvdaļa, ko izmanto elektroķīmiskās iekārtās, piemēram, degvielas elementos un elektrolizatoros, un to parasti izgatavo no augstas tīrības pakāpes grafīta materiāliem. Tai ir būtiska loma elektroķīmiskajās reakcijās, to galvenokārt izmanto strāvas vadīšanai, reakcijas gāzu (piemēram, ūdeņraža un skābekļa) sadalīšanai un reakcijas zonu atdalīšanai. Tā kā tās abas puses saskaras ar blakus esošo atsevišķo elementu anodu un katodu, veidojot "bipolāru" struktūru (viena puse ir anoda plūsmas lauks, bet otra puse ir katoda plūsmas lauks), to sauc par bipolāru plāksni.

Grafīta bipolārās plāksnes struktūra

Grafīta bipolārās plāksnes parasti sastāv no šādām daļām:
1. Plūsmas lauksBipolārās plāksnes virsma ir veidota ar sarežģītu plūsmas lauka struktūru, lai vienmērīgi sadalītu reakcijas gāzi (piemēram, ūdeņradi, skābekli vai gaisu) un izvadītu ģenerēto ūdeni.

2. Vadošais slānisGrafīta materiālam pašam ir laba vadītspēja un tas var efektīvi vadīt strāvu.

3. Blīvēšanas zonaBipolāro plākšņu malas parasti ir veidotas ar blīvēšanas konstrukcijām, lai novērstu gāzes noplūdi un šķidruma iekļūšanu.

4. Dzesēšanas kanāli (pēc izvēles)Dažos augstas veiktspējas lietojumos bipolāro plākšņu iekšpusē var būt konstruēti dzesēšanas kanāli, lai regulētu iekārtas darba temperatūru.

Grafīta bipolāro plākšņu funkcijas

1. Vadītspējas funkcija:

Kā elektroķīmiskās iekārtas elektrods, bipolārā plāksne ir atbildīga par strāvas savākšanu un vadīšanu, lai nodrošinātu efektīvu elektroenerģijas ražošanu.
2. Gāzes sadale:

Pateicoties plūsmas kanāla konstrukcijai, bipolārā plāksne vienmērīgi sadala reakcijas gāzi katalizatora slānī, veicinot elektroķīmisko reakciju.
3. Reakcijas zonu atdalīšana:

Degvielas elementā vai elektrolizatorā bipolārās plāksnes atdala anoda un katoda zonas, novēršot gāzu sajaukšanos.
4. Siltuma izkliede un drenāža:

Bipolārās plāksnes palīdz regulēt iekārtas darba temperatūru un izvadīt ūdeni vai citus reakcijas radītos blakusproduktus.
5. Mehāniskais atbalsts:

Bipolārās plāksnes nodrošina membrānas elektroda strukturālu atbalstu, garantējot iekārtas stabilitāti un izturību.

Kāpēc izvēlēties grafītu kā bipolāru plākšņu materiālu?

Grafīta bipolāro plākšņu materiāla īpašības
●Augsta vadītspēja:

Grafīta tilpuma pretestība ir tikai 10–15 μΩ·cm (labāka nekā 100–200 μΩ·cmmetāla bipolārā plāksne) .

●Korozijas izturība:

Degvielas elementu skābajā vidē (pH 2-3) gandrīz nerodas korozija, un kalpošanas laiks var sasniegt vairāk nekā 20 000 stundas.

●Viegls svars:

Blīvums ir aptuveni 1,8 g/cm3 (7–8 g/cm3 metāla bipolārajām plāksnēm), kas ir noderīgi svara samazināšanai transportlīdzekļu lietojumos.

●Gāzes barjeras īpašība:

Grafīta blīvā struktūra var efektīvi novērst ūdeņraža iekļūšanu un tai ir augsta drošība.

●Vienkārša apstrāde:

Grafīta materiāls ir viegli apstrādājams un var pielāgot sarežģītus plūsmas kanālu dizainus un izmērus atbilstoši vajadzībām.

Kā tiek ražotas grafīta bipolārās plāksnes?

Ražošanas processgrafīta bipolārā plāksneietver sekojošo:
●Izejvielu sagatavošana:

Izmantojiet augstas tīrības pakāpes (>99,9%) dabisko grafītu vai mākslīgo grafīta pulveri.

Pievienojiet sveķus (piemēram, fenola sveķus) kā saistvielu, lai uzlabotu mehānisko izturību.

●Kompresijas formēšana:

Sajaukto materiālu iesmidzina veidnē un presē augstā temperatūrā (200–300 ℃) un augstā spiedienā (> 100 MPa).

●Grafitizācijas apstrāde:

Karsējot līdz 2500–3000 ℃ inertā atmosfērā, neoglekļa elementi iztvaiko un veido blīvu grafīta struktūru.

●Skrējēju apstrāde:

Izmantojiet CNC iekārtas vai lāzerus, lai izgrebtu serpentīna, paralēlus vai savstarpēji savienotus kanālus (dziļums 0,5–1 mm).

●Virsmas apstrāde:

Impregnēšana ar sveķiem vai metāla (piemēram, zelta, titāna) pārklājumu samazina kontakta pretestību un uzlabo nodilumizturību.

Kādi ir grafīta bipolāro plākšņu pielietojumi?

1. Degvielas elements:

- Protonu apmaiņas membrānas degvielas elements (PEMFC)

- Cietā oksīda degvielas elements (SOFC)

- Tiešā metanola degvielas elements (DMFC)

2. Elektrolizators:

- Ūdeņraža ražošana ar ūdens elektrolīzi

- Hlora-sārmu rūpniecība

3. Enerģijas uzkrāšanas sistēma:

- Plūsmas akumulators

4. Ķīmiskā rūpniecība:

- Elektroķīmiskais reaktors

5. Laboratorijas pētījumi:

- Degvielas elementu un elektrolizatoru prototipu izstrāde un testēšana

Apkopot

Grafīta bipolārās plāksnesir elektroķīmisko iekārtu, piemēram, degvielas elementu un elektrolizatoru, galvenās sastāvdaļas, un tām ir vairākas funkcijas, piemēram, vadītspēja, gāzes sadale un reakcijas zonu atdalīšana. Attīstoties tīras enerģijas tehnoloģijai, grafīta bipolārās plāksnes arvien vairāk tiek izmantotas jaunos enerģijas transportlīdzekļos, enerģijas uzkrāšanas sistēmās, ķīmiskā ūdeņraža ražošanā un citās jomās.