Wat is een bipolaire grafietplaat?

Bipolaire grafietplaatEen belangrijk onderdeel van elektrochemische apparatuur zoals brandstofcellen en elektrolysers, meestal gemaakt van zeer zuiver grafiet. Het speelt een cruciale rol in elektrochemische reacties, voornamelijk om stroom te geleiden, reactiegassen (zoals waterstof en zuurstof) te verdelen en reactiegebieden te scheiden. Omdat de twee zijden in contact komen met de anode en kathode van aangrenzende cellen, waardoor een "bipolaire" structuur ontstaat (één zijde is het anodestroomveld en de andere zijde het kathodestroomveld), wordt het een bipolaire plaat genoemd.

De structuur van een bipolaire grafietplaat

Bipolaire grafietplaten bestaan ​​doorgaans uit de volgende onderdelen:
1. Stromingsveld:Het oppervlak van de bipolaire plaat is ontworpen met een complexe stromingsveldstructuur om het reactiegas (zoals waterstof, zuurstof of lucht) gelijkmatig te verdelen en het gegenereerde water af te voeren.

2. Geleidende laag:Grafietmateriaal heeft van zichzelf een goede geleidbaarheid en kan stroom efficiënt geleiden.

3. Afdichtingsgebied:De randen van bipolaire platen zijn doorgaans voorzien van afdichtingsstructuren om gaslekkage en vloeistofpenetratie te voorkomen.

4. Koelkanalen (optioneel):Bij sommige toepassingen met hoge prestaties kunnen er koelkanalen in de bipolaire platen worden ontworpen om de bedrijfstemperatuur van de apparatuur te regelen.

Functies van bipolaire grafietplaten

1. Geleidende functie:

Als elektrode van elektrochemische apparatuur is de bipolaire plaat verantwoordelijk voor het verzamelen en geleiden van stroom om een ​​efficiënte afgifte van elektrische energie te garanderen.
2. Gasdistributie:

Dankzij het ontwerp van de stromingskanalen verdeelt de bipolaire plaat het reactiegas gelijkmatig over de katalysatorlaag, waardoor de elektrochemische reactie wordt bevorderd.
3. Reactiezones scheiden:

In een brandstofcel of elektrolyser scheiden bipolaire platen de anode- en kathodegebieden, waardoor wordt voorkomen dat gassen zich vermengen.
4. Warmteafvoer en -afvoer:

Bipolaire platen helpen bij het regelen van de bedrijfstemperatuur van de apparatuur en voeren water of andere bijproducten af ​​die bij de reactie ontstaan.
5. Mechanische ondersteuning:

Bipolaire platen bieden structurele ondersteuning voor de membraanelektrode en zorgen voor de stabiliteit en duurzaamheid van de apparatuur.

Waarom grafiet kiezen als bipolair plaatmateriaal?

Materiaaleigenschappen van bipolaire grafietplaten
●Hoge geleidbaarheid:

De bulkweerstand van grafiet bedraagt ​​slechts 10-15 μΩ·cm (beter dan 100-200 μΩ·cm vanmetalen bipolaire plaat) .

●Corrosiebestendigheid:

In de zure omgeving van brandstofcellen (pH 2-3) is er vrijwel geen corrosie en de levensduur kan oplopen tot meer dan 20.000 uur.

●Lichtgewicht:

De dichtheid bedraagt ​​ongeveer 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 voor een bipolaire metalen plaat), wat gunstig is voor het verminderen van het gewicht bij voertuigtoepassingen.

●Gasbarrière-eigenschap:

De dichte structuur van grafiet kan waterstofpenetratie effectief voorkomen en is zeer veilig.

●Eenvoudige verwerking:

Grafietmateriaal is eenvoudig te verwerken en kan complexe ontwerpen en afmetingen van stroomkanalen op maat maken, geheel naar behoefte.

Hoe worden bipolaire grafietplaten vervaardigd?

Het productieproces vangrafiet bipolaire plaatomvat het volgende:
●Voorbereiding van de grondstof:

Gebruik zeer zuiver (>99,9%) natuurlijk grafiet of kunstmatig grafietpoeder.

Voeg hars (zoals fenolhars) toe als bindmiddel om de mechanische sterkte te verbeteren.

●Compressievormen:

Het gemengde materiaal wordt in een mal gespoten en onder hoge temperatuur (200-300℃) en hoge druk (>100 MPa) geperst.

●Grafitiseringsbehandeling:

Verhitting tot 2500-3000℃ in een inerte atmosfeer zorgt ervoor dat niet-koolstofelementen vervluchtigen en een dichte grafietstructuur vormen.

●Runner-verwerking:

Met CNC-machines of lasers kunt u slingerende, parallelle of kruisvormige kanalen uitsnijden (diepte 0,5-1 mm).

●Oppervlaktebehandeling:

Impregneren met een hars- of metaalcoating (bijvoorbeeld goud, titanium) vermindert de contactweerstand en verbetert de slijtvastheid.

Wat zijn de toepassingen van bipolaire grafietplaten?

1. Brandstofcel:

- Protonuitwisselingsmembraanbrandstofcel (PEMFC)

- Vaste-oxide brandstofcel (SOFC)

- Directe methanolbrandstofcel (DMFC)

2. Elektrolyser:

- Waterstofproductie door waterelektrolyse

- Chloor-alkali-industrie

3. Energieopslagsysteem:

- Stroombatterij

4. Chemische industrie:

- Elektrochemische reactor

5. Laboratoriumonderzoek:

- Prototypeontwikkeling en testen van brandstofcellen en elektrolysers

Samenvatten

Bipolaire grafietplatenZijn kerncomponenten van elektrochemische apparatuur zoals brandstofcellen en elektrolysers, en vervullen diverse functies, zoals geleiding, gasdistributie en scheiding van reactiegebieden. Met de ontwikkeling van schone-energietechnologie worden bipolaire grafietplaten steeds vaker gebruikt in nieuwe energievoertuigen, energieopslagsystemen, chemische waterstofproductie en andere sectoren.