Płytka grafitowa bipolarnajest kluczowym elementem stosowanym w urządzeniach elektrochemicznych, takich jak ogniwa paliwowe i elektrolizery, zwykle wykonanym z materiałów grafitowych o wysokiej czystości. Odgrywa kluczową rolę w reakcjach elektrochemicznych, głównie do przewodzenia prądu, rozprowadzania gazów reakcyjnych (takich jak wodór i tlen) i oddzielania obszarów reakcji. Ponieważ jego dwie strony stykają się z anodą i katodą sąsiadujących pojedynczych ogniw, tworząc strukturę „bipolarną” (jedna strona to pole przepływu anody, a druga strona to pole przepływu katody), nazywa się ją płytką bipolarną.
Struktura bipolarnej płytki grafitowej
Bipolarne płytki grafitowe składają się zazwyczaj z następujących części:
1. Pole przepływu:Powierzchnia płytki bipolarnej jest zaprojektowana ze złożoną strukturą pola przepływu, aby równomiernie rozprowadzać gaz reakcyjny (np. wodór, tlen lub powietrze) i odprowadzać wytworzoną wodę.
2. Warstwa przewodząca:Materiał grafitowy sam w sobie ma dobrą przewodność elektryczną i może wydajnie przewodzić prąd.
3. Obszar uszczelniania:Krawędzie płyt bipolarnych są zazwyczaj wyposażone w struktury uszczelniające, zapobiegające wyciekom gazu i przenikaniu cieczy.
4. Kanały chłodzące (opcjonalnie):W niektórych zastosowaniach o wysokiej wydajności wewnątrz płyt bipolarnych mogą być zaprojektowane kanały chłodzące w celu regulacji temperatury roboczej sprzętu.
Funkcje bipolarnych płytek grafitowych
1. Funkcja przewodząca:
Jako elektroda urządzeń elektrochemicznych, płytka bipolarna odpowiada za zbieranie i przewodzenie prądu, aby zapewnić wydajne wytwarzanie energii elektrycznej.
2. Dystrybucja gazu:
Dzięki konstrukcji kanału przepływowego płytka bipolarna równomiernie rozprowadza gaz reakcyjny po warstwie katalizatora, wspomagając reakcję elektrochemiczną.
3. Wydzielenie stref reakcji:
W ogniwach paliwowych lub elektrolizerach płytki bipolarne oddzielają obszary anody i katody, zapobiegając mieszaniu się gazów.
4. Odprowadzanie i odprowadzanie ciepła:
Płytki bipolarne pomagają regulować temperaturę pracy urządzenia i odprowadzać wodę i inne produkty uboczne powstające w wyniku reakcji.
5. Wsparcie mechaniczne:
Płytki bipolarne zapewniają wsparcie strukturalne dla elektrody membranowej, gwarantując stabilność i trwałość sprzętu.
Dlaczego warto wybrać grafit jako materiał na płytki bipolarne?
Właściwości materiałowe płyt bipolarnych grafitowych
●Wysoka przewodność:
Rezystywność grafitu w stanie ciekłym wynosi zaledwie 10–15 μΩ·cm (lepiej niż 100–200 μΩ·cm).metalowa płytka bipolarna) .
●Odporność na korozję:
Prawie całkowity brak korozji w kwaśnym środowisku ogniw paliwowych (pH 2-3), a żywotność ogniw może wynieść ponad 20 000 godzin.
●Lekka:
Gęstość wynosi około 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 w przypadku metalowej płytki bipolarnej), co jest korzystne w przypadku zastosowań w pojazdach, jeśli chodzi o redukcję masy.
●Właściwość bariery gazowej:
Gęsta struktura grafitu skutecznie zapobiega przenikaniu wodoru i zapewnia wysokie bezpieczeństwo.
●Łatwe przetwarzanie:
Materiał grafitowy jest łatwy w obróbce i umożliwia dostosowanie skomplikowanych projektów i rozmiarów kanałów przepływowych do potrzeb.
W jaki sposób wytwarzane są bipolarne płytki grafitowe?
Proces produkcjipłytka grafitowa bipolarnazawiera następujące elementy:
●Przygotowanie surowca:
Użyj naturalnego grafitu o wysokiej czystości (>99,9%) lub sztucznego proszku grafitowego.
Aby zwiększyć wytrzymałość mechaniczną, należy dodać żywicę (np. żywicę fenolową) jako spoiwo.
●Formowanie kompresyjne:
Wymieszany materiał wtryskuje się do formy, a następnie prasuje w wysokiej temperaturze (200-300℃) i pod wysokim ciśnieniem (>100 MPa).
●Obróbka grafityzacji:
Podgrzanie do temperatury 2500–3000℃ w atmosferze obojętnej powoduje ulatnianie się pierwiastków niewęglowych i tworzenie gęstej struktury grafitowej.
●Przetwarzanie biegacza:
Za pomocą maszyn CNC lub laserów wycinaj kanały kręte, równoległe lub przeplatające się (głębokość 0,5-1 mm).
●Obróbka powierzchni:
Impregnacja żywicą lub powłoką metalową (np. złotem, tytanem) zmniejsza rezystancję styku i zwiększa odporność na zużycie.
Jakie są zastosowania bipolarnych płytek grafitowych?
1. Ogniwo paliwowe:
- Ogniwo paliwowe z membraną wymiany protonów (PEMFC)
- Ogniwo paliwowe na tlenki stałe (SOFC)
- Ogniwo paliwowe zasilane bezpośrednio metanolem (DMFC)
2. Elektrolizer:
- Produkcja wodoru poprzez elektrolizę wody
- Przemysł chloro-alkaliczny
3. System magazynowania energii:
- Bateria przepływowa
4. Przemysł chemiczny:
- Reaktor elektrochemiczny
5. Badania laboratoryjne:
- Rozwój prototypów i testowanie ogniw paliwowych i elektrolizerów
Streszczać
Płytki grafitowe bipolarnesą podstawowymi elementami wyposażenia elektrochemicznego, takiego jak ogniwa paliwowe i elektrolizery, i mają wiele funkcji, takich jak przewodnictwo, dystrybucja gazu i separacja obszarów reakcji. Wraz z rozwojem technologii czystej energii, grafitowe płyty bipolarne są coraz częściej stosowane w nowych pojazdach energetycznych, systemach magazynowania energii, chemicznej produkcji wodoru i innych dziedzinach.
Czas publikacji: 31-03-2025