Бал чулуун хоёр туйлт хавтан нь түлшний эсүүдэд хэрхэн ажилладаг вэ?

I. Аж үйлдвэрийн өсөлтөд графитын биполяр хавтангийн гол үүрэг

"Хос нүүрстөрөгч"-ийн зорилтууд болон устөрөгчийн эдийн засгийн хурдацтай хөгжлийн нөхцөлд түлшний эсүүд (ялангуяа PEM түлшний эсүүд) туршилтын үе шатнаас томоохон хэмжээний хэрэглээнд шилжиж байна. Зорчигч тээврийн хэрэгслээс эхлээд тархсан цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх систем хүртэл системийн үр ашиг, ашиглалтын хугацаа, түлшний эсийн өртөг нь салбарын өрсөлдөөний гол үзүүлэлт болж байна.

Энэ системд бал чулуун туйлт хавтан нь зүгээр л "туслах бүрэлдэхүүн хэсэг" биш, харин түлшний элементийн яндангийн гүйцэтгэлийг тодорхойлдог гол функциональ элементүүдийн нэг юм. Судалгаагаар туйлт хавтан нь түлшний элементийн яндангийн жингийн ойролцоогоор 60-80%, өртгийн 40-50%-ийг эзэлдэг болохыг харуулж байна; тэдгээрийн дизайн болон материалын сонголт нь системийн эрчим хүчний нягтрал, бат бөх чанар, үйлдвэрлэлийн зардалд шууд нөлөөлдөг.

Ажиллах механизмын үүднээс авч үзвэл, графит биполяр хавтан нь "гүйдлийн дамжуулалт, хийн хуваарилалт, дулааны удирдлага, бүтцийн дэмжлэг" зэрэг олон функцийг нэгтгэснээр түлшний эсийн тогтвортой, тасралтгүй электрохимийн урвалыг бий болгодог бөгөөд энэ нь тэдгээрийг стек доторх жинхэнэ "олон физикийн холболтын гол бүрэлдэхүүн хэсэг" болгодог.

II. Түлшний элемент дэх графитын биполяр хавтангийн үүрэг ба үйл ажиллагааны зарчим 

Ердийн протон солилцооны мембраны түлшний элемент (PEMFC)-д графит биполяр хавтангууд нь мембраны электродын угсралтын (MEA) хоёр талд байрладаг бөгөөд цуваа холбогдсон түлшний элементийн нэгжүүдийн функцийг хоёр талт бүтцээр нь нэгтгэдэг.

Түүний үйл ажиллагааны зарчмыг дараах дөрвөн холболтын процессоор ойлгож болно.

Эхнийх нь гүйдэл цуглуулах ба дамжуулах механизм юм. Түлшний элементийн урвалын үед устөрөгч нь анод дээр электроноо алддаг бөгөөд эдгээр электронууд нь гадаад хэлхээгээр цахилгаан хэлбэрээр гардаг. Хоёр туйлт хавтан нь электронуудыг нэг элементээс нөгөө элемент рүү чиглүүлэх үүрэгтэй. Бал чулууны дотоод цахилгаан дамжуулах чанар нь 10⁴ S/cm хүртэл хүрч, омын алдагдлыг мэдэгдэхүйц бууруулж, улмаар системийн үр ашгийг сайжруулдаг.

Хоёрдугаарт, урвалжийн тээвэрлэлт ба урсгалын талбайн хяналтын механизм юм. Хоёр туйлт хавтангийн гадаргууг устөрөгч болон агаарыг жигд хуваарилах, урвалын үр дүнд үүссэн усыг зайлуулахын тулд нарийн урсгалын сувгаар боловсруулдаг. Энэ процесс нь үндсэндээ хий-шингэний хоёр фазын урсгалын хяналтын асуудал бөгөөд түүний загвар нь массын дамжуулалтын үр ашиг болон батерейны гүйцэтгэлийн тогтвортой байдалд шууд нөлөөлдөг.

Гуравдугаарт, дулааны удирдлагын механизм юм. Түлшний эсүүд ажиллах явцад дулаан үүсгэдэг; хэрэв энэ дулааныг үр дүнтэйгээр тарааж чадахгүй бол энэ нь орон нутгийн халуун цэгүүдэд хүргэж, мембраны электродын хөгшрөлтийг хурдасгах болно. Графитын маш сайн дулаан дамжуулалт нь хавтгай дотор дулааныг хурдан бөгөөд жигд тарааж, улмаар яндан дотор тогтвортой температурын талбарыг хадгалах боломжийг олгодог.

Эцэст нь битүүмжлэх болон тусгаарлах механизм бий. Бүтцийн дизайн болон зохицуулалттай битүүмжлэх системийн тусламжтайгаар хоёр туйлт хавтан нь устөрөгч болон хүчилтөрөгчийг хатуу тусгаарлаж, хийн хөндлөн бохирдлоос сэргийлдэг. Энэ нь зөвхөн үр ашигт нөлөөлөхөөс гадна системийн аюулгүй байдалд шууд нөлөөлдөг.

Товчхондоо, бал чулуун хоёр туйлт хавтангийн үйл ажиллагааны зарчим нь ганц физик процесс биш, харин цахилгаан, дулааны, урсгалын болон бүтцийн хүчин зүйлсийг хамарсан олон талт холбогдсон системийн синергетик харилцан үйлчлэлийн үр дүн юм.

III. Яагаад бал чулууг сонгох ёстой вэ: Гол физик шинж чанаруудын шинжилгээ

Графит нь олон гол гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүдийн цогц давуу талуудын ачаар түүхэн болон өнөө үед өргөн хэрэглэгддэг хоёр туйлт хавтангийн материал болсон.

Цахилгаан шинж чанарын хувьд бал чулуу нь маш сайн цахилгаан дамжуулах чадвартай; түүний давхаргат бүтэц нь электрон дамжуулах тасралтгүй замыг хангадаг тул DOE-ийн техникийн үзүүлэлтүүдийг (дамжуулах чадвар > 100 С/см2) хангахад тохиромжтой материал юм.

Химийн тогтвортой байдлын хувьд бал чулуу нь зэврэлтэнд онцгой тэсвэртэй байдаг. Түлшний элементийн хүчиллэг болон өндөр потенциалтай орчинд металл материалууд ихэвчлэн зэврэлтэнд орж, идэвхгүй давхарга үүсгэдэг тул холбоо барих эсэргүүцлийг нэмэгдүүлдэг. Үүний эсрэгээр бал чулуу нь төрөлхийн химийн идэвхгүй байдалтай тул урт хугацааны тогтвортой ажиллагааг хангадаг.

Дулааны шинж чанарын хувьд бал чулуу нь өндөр дулаан дамжуулалттай бөгөөд энэ нь стек доторх температурын жигд тархалтыг хангахад тусалдаг бөгөөд орон нутгийн хэт халалтаас үүдэлтэй мембраны электрод гэмтэхээс сэргийлдэг.

Түүнчлэн, бал чулуу нь маш сайн хийн хаалттай шинж чанартай (үүнийг нэвчилтээр улам сайжруулж болно) бөгөөд устөрөгч болон хүчилтөрөгчийн нэвчилтийг үр дүнтэйгээр зогсоож, системийн бүрэн бүтэн байдлыг хангадаг.

Гэсэн хэдий ч инженерийн үүднээс авч үзвэл бал чулуу нь мэдэгдэхүйц хязгаарлалттай байдаг. Жишээлбэл, энэ нь маш хэврэг, боловсруулахад хэцүү бөгөөд ихэвчлэн хэдэн миллиметр (>2-5 мм) зузаан шаарддаг тул хөнгөн, өндөр нягтралтай стекийн загвар гаргах хүчин чармайлтад саад болдог. Үүний үр дүнд нийлмэл бал чулуу болон металлын хувилбарууд сүүлийн жилүүдэд аажмаар судалгааны гол чиглэл болж байна.

IV. Салбарын чиг хандлага ба ирээдүйн төлөв

Түлшний эсийн худалдаа хурдасахын хэрээр хоёр туйлт хавтангийн технологи хурдацтай хувьсалд орж байгаа бөгөөд түүний хөгжил нь материал болон үйлдвэрлэлийн дэвшлээс үүдэлтэй нь тодорхой байна.

Нэг талаас, суудлын тээврийн хэрэгсэл болон өндөр нягтралтай хэрэглээнд салбар нь уламжлалт бал чулуун хоёр туйлт хавтангаас металл хоёр туйлт хавтан (зэвэрдэггүй ган, титан хайлш гэх мэт) руу аажмаар шилжиж байна. Эдгээр материалууд нь миллиметрээс бага зузаантай болох боломжтой бөгөөд тамгалах үйл явц нь үйлдвэрлэлийн зардлыг мэдэгдэхүйц бууруулж, улмаар массын үйлдвэрлэлийн шаардлагыг хангадаг.

Нөгөөтэйгүүр, бал чулуун нийлмэл хоёр туйлт хавтан нь шилжилтийн гол шийдэл болж гарч ирж байна. Давирхай, нүүрстөрөгчийн нано хоолой зэрэг дамжуулагч дүүргэгчийг нэгтгэснээр эдгээр материалууд нь механик бат бөх чанарыг сайжруулж, боловсруулалтын зардлыг бууруулахын зэрэгцээ өндөр цахилгаан дамжуулах чанар болон зэврэлтээс хамгаалах чадварыг хадгалж чадна.

Үүний зэрэгцээ, дэвшилтэт үйлдвэрлэлийн технологиуд (нэмэлт үйлдвэрлэл гэх мэт) нь хоёр туйлт хавтангийн урсгалын сувгуудын дизайныг илүү нарийн төвөгтэй байдал, үр ашигт хүргэхэд түлшний эсийн нийт гүйцэтгэл болон эрчим хүчний хэрэглээний үр ашгийг дээшлүүлж байна.

Урт хугацаанд бал чулуун биполяр хавтан нь дараах чиглэлээр өрсөлдөх чадвартай хэвээр байх болно.

● Хөдөлгөөнгүй цахилгаан үйлдвэрлэх системүүд (зардал болон ашиглалтын хугацаа нь чухал хүчин зүйл болдог)

● Бага болон дунд зэргийн эрчим хүчний хэрэглээ

● Шүлтлэг эсвэл тодорхой ажиллагааны нөхцөлд электрохимийн системүүд

Хятадын тэргүүлэгч үйлдвэрлэгч, нийлүүлэгчийн хувьдбал чулуун хоёр туйлт хавтанNingbo VET Energy нь PEMFC-д зориулсан өртөг хэмнэлттэй, өндөр дамжуулалттай, механик бат бөх дэвшилтэт графит хоёр туйлт хавтанг боловсруулсан. VET Energy нь мөн графитын өвөрмөц цахилгаан болон дулаан дамжуулах чанарыг хадгалахын зэрэгцээ хийн нэвчилтгүй байдал, өндөр бат бэхийг бий болгохын тулд давирхайгаар шингээсэн графит материалыг санал болгодог.

Хамгийн чухал нь,Мэргэжлийн сургалтын эрчим хүчзахиалгат бал чулуун хоёр туйлт хавтангийн дизайны шаардлагыг дэмждэг. Бид хавтангийн хоёр талыг боловсруулж, урсгалын суваг үүсгэх, зөвхөн нэг талыг нь боловсруулах эсвэл боловсруулаагүй хоосон хавтангаар хангах боломжтой. Бүх бал чулуун хавтанг таны нарийвчилсан техникийн шаардлагын дагуу боловсруулж болно. Бид таны цаашдын лавлагааг хүлээж байна.