Grafitt bipolar plateer en nøkkelkomponent som brukes i elektrokjemisk utstyr som brenselceller og elektrolysører, vanligvis laget av høyrene grafittmaterialer. Den spiller en viktig rolle i elektrokjemiske reaksjoner, hovedsakelig brukt til å lede strøm, fordele reaksjonsgasser (som hydrogen og oksygen) og separere reaksjonsområder. Fordi de to sidene er i kontakt med anoden og katoden i tilstøtende enkeltceller, og danner en "bipolar" struktur (den ene siden er anodens strømningsfelt og den andre siden er katodens strømningsfelt), kalles den bipolar plate.
Strukturen til en bipolar grafittplate
Bipolare grafittplater består vanligvis av følgende deler:
1. StrømningsfeltOverflaten til den bipolare platen er utformet med en kompleks strømningsfeltstruktur for å fordele reaksjonsgassen (som hydrogen, oksygen eller luft) jevnt og slippe ut det genererte vannet.
2. Ledende lagGrafittmaterialet i seg selv har god ledningsevne og kan lede strøm effektivt.
3. TetningsområdeKantene på bipolare plater er vanligvis utformet med tetningsstrukturer for å forhindre gasslekkasje og væskeinntrengning.
4. Kjølekanaler (valgfritt)I noen høyytelsesapplikasjoner kan kjølekanaler være utformet inne i de bipolare platene for å regulere driftstemperaturen til utstyret.
Funksjoner av bipolare grafittplater
1. Ledende funksjon:
Som elektrode i elektrokjemisk utstyr er den bipolare platen ansvarlig for å samle og lede strøm for å sikre effektiv utgang av elektrisk energi.
2. Gassdistribusjon:
Gjennom strømningskanaldesign fordeler den bipolare platen reaksjonsgassen jevnt til katalysatorlaget, noe som fremmer den elektrokjemiske reaksjonen.
3. Separering av reaksjonssoner:
I en brenselcelle eller elektrolysør separerer bipolare plater anode- og katodeområdene, og forhindrer at gasser blandes.
4. Varmeavledning og drenering:
Bipolare plater bidrar til å regulere driftstemperaturen til utstyret og slippe ut vann eller andre biprodukter som genereres av reaksjonen.
5. Mekanisk støtte:
Bipolare plater gir strukturell støtte for membranelektroden, noe som sikrer utstyrets stabilitet og holdbarhet.
Hvorfor velge grafitt som bipolar platemateriale?
Materialegenskaper til bipolare grafittplater
●Høy konduktivitet:
Massemotstanden til grafitt er så lav som 10–15 μΩ.cm (bedre enn 100–200 μΩ·cm formetall bipolar plate).
●Korrosjonsbestandighet:
Nesten ingen korrosjon i det sure miljøet til brenselceller (pH 2-3), og levetiden kan nå mer enn 20 000 timer.
●Lettvekt:
Tettheten er omtrent 1,8 g/cm3 (7–8 g/cm3 for bipolar metallplate), noe som er gunstig for å redusere vekt i kjøretøyapplikasjoner.
●Gassbarriereegenskap:
Grafittens tette struktur kan effektivt forhindre hydrogeninntrengning og har høy sikkerhet.
●Enkel bearbeiding:
Grafittmateriale er enkelt å bearbeide og kan tilpasse komplekse strømningskanaldesign og -størrelser etter behov.
Hvordan produseres bipolare grafittplater?
Produksjonsprosessen tilgrafitt bipolar plateinkluderer følgende:
●Tilberedning av råmateriale:
Bruk naturlig grafitt eller kunstig grafittpulver med høy renhet (>99,9 %).
Tilsett harpiks (som fenolharpiks) som bindemiddel for å forbedre den mekaniske styrken.
●Kompresjonsstøping:
Det blandede materialet sprøytes inn i en form og presses under høy temperatur (200–300 ℃) og høyt trykk (>100 MPa).
●Grafittiseringsbehandling:
Oppvarming til 2500–3000 ℃ i en inert atmosfære fører til at ikke-karbonelementer fordamper og danner en tett grafittstruktur.
●Løperbehandling:
Bruk CNC-maskiner eller lasere til å skjære ut serpentinske, parallelle eller sammenflettede kanaler (dybde 0,5–1 mm).
●Overflatebehandling:
Impregnering med harpiks- eller metallbelegg (som gull, titan) reduserer kontaktmotstanden og forbedrer slitestyrken.
Hva er bruksområdene til bipolare grafittplater?
1. Brenselcelle:
- Protonbyttermembranbrenselcelle (PEMFC)
- Fastoksidbrenselcelle (SOFC)
- Direkte metanol brenselcelle (DMFC)
2. Elektrolysør:
- Hydrogenproduksjon ved vannelektrolyse
- Kloralkaliindustrien
3. Energilagringssystem:
- Flow-batteri
4. Kjemisk industri:
- Elektrokjemisk reaktor
5. Laboratorieforskning:
- Prototypeutvikling og testing av brenselceller og elektrolysører
Oppsummer
Grafitt bipolare platerer kjernekomponenter i elektrokjemisk utstyr som brenselceller og elektrolysører, og har flere funksjoner som konduktivitet, gassfordeling og separasjon av reaksjonsområder. Med utviklingen av ren energiteknologi blir bipolare grafittplater i økende grad brukt i nye energikjøretøyer, energilagringssystemer, kjemisk hydrogenproduksjon og andre felt.
Publisert: 31. mars 2025