Plat bipolar grafitmerupakan komponen utama yang digunakan dalam peralatan elektrokimia seperti sel bahan api dan elektrolisis, biasanya diperbuat daripada bahan grafit berketulenan tinggi. Ia memainkan peranan penting dalam tindak balas elektrokimia, terutamanya digunakan untuk mengalirkan arus, mengagihkan gas tindak balas (seperti hidrogen dan oksigen), dan memisahkan kawasan tindak balas. Oleh kerana kedua-dua belahnya bersentuhan dengan anod dan katod sel tunggal bersebelahan, membentuk struktur "bipolar" (satu sisi ialah medan aliran anod dan sisi yang satu lagi ialah medan aliran katod), ia dinamakan plat bipolar.
Struktur plat dwikutub grafit
Plat bipolar grafit biasanya terdiri daripada bahagian-bahagian berikut:
1. Medan AliranPermukaan plat dwikutub direka bentuk dengan struktur medan aliran yang kompleks untuk mengagihkan gas tindak balas (seperti hidrogen, oksigen atau udara) secara sekata dan melepaskan air yang dihasilkan.
2. Lapisan konduktifBahan grafit itu sendiri mempunyai kekonduksian yang baik dan boleh mengalirkan arus dengan cekap.
3. Kawasan pengedapTepi plat dwikutub biasanya direka bentuk dengan struktur pengedap untuk mencegah kebocoran gas dan penembusan cecair.
4. Saluran penyejukan (pilihan)Dalam beberapa aplikasi berprestasi tinggi, saluran penyejukan mungkin direka bentuk di dalam plat dwikutub untuk mengawal suhu operasi peralatan.
Fungsi plat dwikutub grafit
1. Fungsi konduktif:
Sebagai elektrod peralatan elektrokimia, plat dwikutub bertanggungjawab untuk mengumpul dan mengalirkan arus bagi memastikan output tenaga elektrik yang cekap.
2. Pengagihan gas:
Melalui reka bentuk saluran aliran, plat bipolar mengagihkan gas tindak balas secara sekata ke lapisan pemangkin, menggalakkan tindak balas elektrokimia.
3. Memisahkan zon tindak balas:
Dalam sel bahan api atau elektrolisis, plat bipolar memisahkan kawasan anod dan katod, menghalang gas daripada bercampur.
4. Pelesapan dan saliran haba:
Plat bipolar membantu mengawal suhu operasi peralatan dan melepaskan air atau hasil sampingan lain yang dihasilkan oleh tindak balas.
5. Sokongan mekanikal:
Plat bipolar menyediakan sokongan struktur untuk elektrod membran, memastikan kestabilan dan ketahanan peralatan.
Mengapa memilih grafit sebagai bahan plat bipolar?
Sifat bahan plat bipolar grafit
●Kekonduksian tinggi:
Kerintangan pukal grafit adalah serendah 10-15μΩ.cm (lebih baik daripada 100-200 μΩ·cmplat dwikutub logam) .
●Rintangan kakisan:
Hampir tiada kakisan dalam persekitaran berasid sel bahan api (pH 2-3), dan jangka hayatnya boleh mencapai lebih daripada 20,000 jam.
●Ringan:
Ketumpatannya adalah kira-kira 1.8 g/cm3 (7-8 g/cm3 untuk plat dwikutub logam), yang bermanfaat untuk mengurangkan berat dalam aplikasi kenderaan.
●Hartanah penghalang gas:
Struktur grafit yang padat dapat mencegah penembusan hidrogen dengan berkesan dan mempunyai keselamatan yang tinggi.
●Pemprosesan mudah:
Bahan grafit mudah diproses dan boleh menyesuaikan reka bentuk dan saiz saluran aliran yang kompleks mengikut keperluan.
Bagaimanakah plat bipolar grafit dihasilkan?
Proses pengeluaranplat dwikutub grafitmerangkumi perkara berikut:
●Penyediaan bahan mentah:
Gunakan grafit semula jadi atau serbuk grafit tiruan yang berketulenan tinggi (>99.9%).
Tambahkan resin (seperti resin fenolik) sebagai pengikat untuk meningkatkan kekuatan mekanikal.
●Acuan Mampatan:
Bahan campuran disuntik ke dalam acuan dan ditekan di bawah suhu tinggi (200-300℃) dan tekanan tinggi (>100 MPa).
●Rawatan penggrafitan:
Pemanasan hingga 2500-3000℃ dalam atmosfera lengai menyebabkan unsur bukan karbon meruap dan membentuk struktur grafit yang padat.
●Pemprosesan pelari:
Gunakan mesin CNC atau laser untuk mengukir saluran serpentin, selari atau interdigit (kedalaman 0.5-1 mm).
●Rawatan permukaan:
Pengimpregnasian dengan resin atau salutan logam (seperti emas, titanium) mengurangkan rintangan sentuhan dan meningkatkan rintangan haus.
Apakah aplikasi plat bipolar grafit?
1. Sel Bahan Api:
- Sel bahan api membran pertukaran proton (PEMFC)
- Sel Bahan Api Oksida Pepejal (SOFC)
- Sel Bahan Api Metanol Langsung (DMFC)
2. Elektrolisis:
- Penghasilan hidrogen melalui elektrolisis air
- Industri klor-alkali
3. Sistem penyimpanan tenaga:
- Bateri aliran
4. Industri Kimia:
- Reaktor Elektrokimia
5. Penyelidikan makmal:
- Pembangunan prototaip dan pengujian sel bahan api dan elektrolisis
Ringkaskan
Plat bipolar grafitmerupakan komponen teras peralatan elektrokimia seperti sel bahan api dan elektrolisis, dan mempunyai pelbagai fungsi seperti kekonduksian, pengagihan gas dan pemisahan kawasan tindak balas. Dengan perkembangan teknologi tenaga bersih, plat dwikutub grafit semakin banyak digunakan dalam kenderaan tenaga baharu, sistem penyimpanan tenaga, pengeluaran hidrogen kimia dan bidang lain.
Masa siaran: 31 Mac 2025