Placă bipolară de grafiteste o componentă cheie utilizată în echipamentele electrochimice, cum ar fi pilele de combustie și electrolizoarele, de obicei fabricată din materiale de grafit de înaltă puritate. Joacă un rol vital în reacțiile electrochimice, fiind utilizată în principal pentru a conduce curentul, a distribui gazele de reacție (cum ar fi hidrogenul și oxigenul) și a separa zonele de reacție. Deoarece cele două laturi ale sale intră în contact cu anodul și catodul celulelor individuale adiacente, formând o structură „bipolară” (o parte este câmpul de curgere al anodului, iar cealaltă parte este câmpul de curgere al catodului), este denumită placă bipolară.
Structura plăcii bipolare de grafit
Plăcile bipolare din grafit constau de obicei din următoarele părți:
1. Câmp de fluxSuprafața plăcii bipolare este proiectată cu o structură complexă a câmpului de curgere pentru a distribui uniform gazul de reacție (cum ar fi hidrogenul, oxigenul sau aerul) și a evacua apa generată.
2. Strat conductivMaterialul de grafit în sine are o conductivitate bună și poate conduce curentul eficient.
3. Zona de etanșareMarginile plăcilor bipolare sunt de obicei proiectate cu structuri de etanșare pentru a preveni scurgerile de gaze și pătrunderea lichidelor.
4. Canale de răcire (opțional)În unele aplicații de înaltă performanță, în interiorul plăcilor bipolare pot fi proiectate canale de răcire pentru a regla temperatura de funcționare a echipamentului.
Funcțiile plăcilor bipolare de grafit
1. Funcția conductivă:
Ca electrod al echipamentelor electrochimice, placa bipolară este responsabilă de colectarea și conducerea curentului pentru a asigura o producție eficientă a energiei electrice.
2. Distribuția gazelor:
Prin designul canalului de curgere, placa bipolară distribuie uniform gazul de reacție către stratul de catalizator, promovând reacția electrochimică.
3. Separarea zonelor de reacție:
Într-o pilă de combustie sau un electrolizor, plăcile bipolare separă zonele anodice și catodice, împiedicând amestecarea gazelor.
4. Disiparea și drenajul căldurii:
Plăcile bipolare ajută la reglarea temperaturii de funcționare a echipamentului și la evacuarea apei sau a altor produse secundare generate de reacție.
5. Suport mecanic:
Plăcile bipolare oferă suport structural pentru electrodul cu membrană, asigurând stabilitatea și durabilitatea echipamentului.
De ce să alegeți grafitul ca material bipolar pentru plăci?
Proprietățile materiale ale plăcilor bipolare de grafit
●Conductivitate ridicată:
Rezistența în vrac a grafitului este de doar 10-15 μΩ·cm (mai bună decât 100-200 μΩ·cm deplacă bipolară metalică) .
●Rezistență la coroziune:
Aproape fără coroziune în mediul acid al pilelor de combustie (pH 2-3), iar durata de viață poate depăși 20.000 de ore.
●Ușor:
Densitatea este de aproximativ 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 pentru placa metalică bipolară), ceea ce este benefic pentru reducerea greutății în aplicațiile pentru vehicule.
●Proprietatea de barieră la gaze:
Structura densă a grafitului poate preveni eficient penetrarea hidrogenului și are o siguranță ridicată.
●Prelucrare ușoară:
Materialul grafitic este ușor de procesat și poate personaliza modele și dimensiuni complexe de canale de curgere în funcție de nevoi.
Cum se fabrică plăcile bipolare din grafit?
Procesul de producție alplacă bipolară de grafitinclude următoarele:
●Pregătirea materiei prime:
Folosiți grafit natural de înaltă puritate (>99,9%) sau pulbere de grafit artificial.
Adăugați rășină (cum ar fi rășina fenolică) ca liant pentru a îmbunătăți rezistența mecanică.
●Turnare prin compresie:
Materialul amestecat este injectat într-o matriță și presat la temperatură ridicată (200-300℃) și presiune înaltă (>100 MPa).
●Tratament de grafitizare:
Încălzirea la 2500-3000℃ într-o atmosferă inertă determină volatilizarea elementelor non-carbonoase și formarea unei structuri dense de grafit.
●Procesarea alergătorului:
Folosiți mașini CNC sau lasere pentru a sculpta canale serpentine, paralele sau interdigitate (adâncime 0,5-1 mm).
●Tratament de suprafață:
Impregnarea cu rășină sau metal (cum ar fi aur, titan) reduce rezistența la contact și îmbunătățește rezistența la uzură.
Care sunt aplicațiile plăcilor bipolare din grafit?
1. Pilă de combustie:
- Pilă de combustie cu membrană de schimb de protoni (PEMFC)
- Pilă de combustie cu oxid solid (SOFC)
- Pilă de combustie cu metanol direct (DMFC)
2. Electrolizor:
- Producerea de hidrogen prin electroliza apei
- Industria cloro-alcalină
3. Sistem de stocare a energiei:
- Baterie de flux
4. Industria chimică:
- Reactor electrochimic
5. Cercetare de laborator:
- Dezvoltarea și testarea prototipurilor de pile de combustie și electrolizoare
Rezuma
Plăci bipolare din grafitsunt componente de bază ale echipamentelor electrochimice, cum ar fi pilele de combustie și electrolizoarele, și au funcții multiple, cum ar fi conductivitatea, distribuția gazelor și separarea zonelor de reacție. Odată cu dezvoltarea tehnologiei energiei curate, plăcile bipolare de grafit sunt din ce în ce mai utilizate în vehiculele cu energie nouă, sistemele de stocare a energiei, producția chimică de hidrogen și alte domenii.
Data publicării: 31 martie 2025