Placa bipolar de grafiteÉ um componente essencial utilizado em equipamentos eletroquímicos, como células de combustível e eletrolisadores, geralmente feitos de materiais de grafite de alta pureza. Desempenha um papel vital em reações eletroquímicas, sendo usado principalmente para conduzir corrente, distribuir gases de reação (como hidrogênio e oxigênio) e separar áreas de reação. Como seus dois lados entram em contato com o ânodo e o cátodo de células individuais adjacentes, formando uma estrutura "bipolar" (um lado é o campo de fluxo do ânodo e o outro lado é o campo de fluxo do cátodo), é denominado placa bipolar.
A estrutura da placa bipolar de grafite
As placas bipolares de grafite geralmente consistem nas seguintes partes:
1. Campo de fluxo:A superfície da placa bipolar é projetada com uma estrutura de campo de fluxo complexa para distribuir uniformemente o gás de reação (como hidrogênio, oxigênio ou ar) e descarregar a água gerada.
2. Camada condutora:O material de grafite em si tem boa condutividade e pode conduzir corrente eficientemente.
3. Área de vedação:As bordas das placas bipolares geralmente são projetadas com estruturas de vedação para evitar vazamento de gás e penetração de líquidos.
4. Canais de resfriamento (opcional):Em algumas aplicações de alto desempenho, canais de resfriamento podem ser projetados dentro das placas bipolares para regular a temperatura de operação do equipamento.
Funções das placas bipolares de grafite
1. Função condutiva:
Como eletrodo de equipamentos eletroquímicos, a placa bipolar é responsável por coletar e conduzir corrente para garantir uma saída eficiente de energia elétrica.
2. Distribuição de gás:
Por meio do design do canal de fluxo, a placa bipolar distribui uniformemente o gás de reação para a camada de catalisador, promovendo a reação eletroquímica.
3. Separação de zonas de reação:
Em uma célula de combustível ou eletrolisador, placas bipolares separam as áreas do ânodo e do cátodo, evitando que os gases se misturem.
4. Dissipação e drenagem de calor:
Placas bipolares ajudam a regular a temperatura de operação do equipamento e descarregam água ou outros subprodutos gerados pela reação.
5. Suporte mecânico:
Placas bipolares fornecem suporte estrutural para o eletrodo de membrana, garantindo a estabilidade e durabilidade do equipamento.
Por que escolher grafite como material de placa bipolar?
Propriedades materiais de placas bipolares de grafite
●Alta condutividade:
A resistividade em massa do grafite é tão baixa quanto 10-15 μΩ.cm (melhor que 100-200 μΩ·cm deplaca bipolar metálica) .
●Resistência à corrosão:
Quase nenhuma corrosão no ambiente ácido das células de combustível (pH 2-3), e a vida útil pode chegar a mais de 20.000 horas.
●Leve:
A densidade é de cerca de 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 para placa bipolar de metal), o que é benéfico para reduzir o peso em aplicações veiculares.
●Propriedade de barreira de gás:
A estrutura densa do grafite pode efetivamente impedir a penetração de hidrogênio e tem alta segurança.
●Processamento fácil:
O material de grafite é fácil de processar e pode personalizar designs e tamanhos complexos de canais de fluxo de acordo com as necessidades.
Como são fabricadas as placas bipolares de grafite?
O processo de produção deplaca bipolar de grafiteinclui o seguinte:
●Preparação da matéria-prima:
Utilize grafite natural de alta pureza (>99,9%) ou pó de grafite artificial.
Adicione resina (como resina fenólica) como aglutinante para aumentar a resistência mecânica.
●Moldagem por compressão:
O material misturado é injetado em um molde e prensado sob alta temperatura (200-300℃) e alta pressão (>100 MPa).
●Tratamento de grafitização:
O aquecimento a 2500-3000°C em uma atmosfera inerte faz com que elementos não-carbono se volatilizam e formem uma estrutura densa de grafite.
●Processamento do corredor:
Utilize máquinas CNC ou lasers para esculpir canais serpentinos, paralelos ou interdigitados (profundidade de 0,5-1 mm).
●Tratamento de superfície:
A impregnação com resina ou revestimento metálico (como ouro, titânio) reduz a resistência de contato e melhora a resistência ao desgaste.
Quais são as aplicações das placas bipolares de grafite?
1. Célula de combustível:
- Célula de combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC)
- Célula de Combustível de Óxido Sólido (SOFC)
- Célula de Combustível de Metanol Direto (DMFC)
2. Eletrolisador:
- Produção de hidrogênio por eletrólise da água
- Indústria de cloro e álcalis
3. Sistema de armazenamento de energia:
- Bateria de fluxo
4. Indústria Química:
- Reator Eletroquímico
5. Pesquisa laboratorial:
- Desenvolvimento e teste de protótipos de células de combustível e eletrolisadores
Resumir
Placas bipolares de grafiteSão componentes essenciais de equipamentos eletroquímicos, como células de combustível e eletrolisadores, e desempenham múltiplas funções, como condutividade, distribuição de gás e separação de áreas de reação. Com o desenvolvimento da tecnologia de energia limpa, as placas bipolares de grafite são cada vez mais utilizadas em veículos de nova geração, sistemas de armazenamento de energia, produção química de hidrogênio e outros campos.
Horário da publicação: 31/03/2025