Grafitová bipolárna doskaje kľúčovou súčasťou používanou v elektrochemických zariadeniach, ako sú palivové články a elektrolyzéry, zvyčajne vyrobenou z vysoko čistých grafitových materiálov. Zohráva dôležitú úlohu v elektrochemických reakciách, používa sa hlavne na vedenie prúdu, distribúciu reakčných plynov (ako je vodík a kyslík) a oddelenie reakčných oblastí. Pretože jej dve strany sa dotýkajú anódy a katódy susediacich jednotlivých článkov a vytvárajú „bipolárnu“ štruktúru (jedna strana je anódové pole prúdenia a druhá strana je katódové pole prúdenia), nazýva sa bipolárna doska.
Štruktúra bipolárnej grafitovej dosky
Grafitové bipolárne dosky sa zvyčajne skladajú z nasledujúcich častí:
1. Prietokové polePovrch bipolárnej dosky je navrhnutý so zložitou štruktúrou prúdového poľa, aby sa rovnomerne rozložil reakčný plyn (ako je vodík, kyslík alebo vzduch) a odvádzala vytvorená voda.
2. Vodivá vrstvaGrafitový materiál sám o sebe má dobrú vodivosť a dokáže efektívne viesť prúd.
3. Tesniaca oblasťOkraje bipolárnych dosiek sú zvyčajne navrhnuté s tesniacimi štruktúrami, aby sa zabránilo úniku plynu a prenikaniu kvapaliny.
4. Chladiace kanály (voliteľné)V niektorých vysokovýkonných aplikáciách môžu byť vo vnútri bipolárnych dosiek navrhnuté chladiace kanály na reguláciu prevádzkovej teploty zariadenia.
Funkcie grafitových bipolárnych platní
1. Vodivá funkcia:
Ako elektróda elektrochemického zariadenia je bipolárna doska zodpovedná za zber a vedenie prúdu, aby sa zabezpečil efektívny výstup elektrickej energie.
2. Distribúcia plynu:
Vďaka konštrukcii prietokového kanála bipolárna doska rovnomerne rozdeľuje reakčný plyn do vrstvy katalyzátora, čím podporuje elektrochemickú reakciu.
3. Oddelenie reakčných zón:
V palivovom článku alebo elektrolyzéri bipolárne dosky oddeľujú anódovú a katódovú oblasť, čím zabraňujú miešaniu plynov.
4. Odvod tepla a odvodnenie:
Bipolárne platne pomáhajú regulovať prevádzkovú teplotu zariadenia a vypúšťať vodu alebo iné vedľajšie produkty vznikajúce pri reakcii.
5. Mechanická podpora:
Bipolárne dosky poskytujú štrukturálnu oporu pre membránovú elektródu, čím zaisťujú stabilitu a trvanlivosť zariadenia.
Prečo si vybrať grafit ako materiál bipolárnych dosiek?
Materiálové vlastnosti grafitových bipolárnych platní
●Vysoká vodivosť:
Objemový merný odpor grafitu je len 10 – 15 μΩ·cm (lepší ako 100 – 200 μΩ·cmkovová bipolárna platňa) .
●Odolnosť proti korózii:
V kyslom prostredí palivových článkov (pH 2-3) takmer nedochádza ku korózii a životnosť môže dosiahnuť viac ako 20 000 hodín.
●Ľahká:
Hustota je približne 1,8 g/cm3 (7 – 8 g/cm3 pre kovový bipolárny plech), čo je výhodné pre zníženie hmotnosti vo vozidlách.
●Vlastnosť plynovej bariéry:
Hustá štruktúra grafitu dokáže účinne zabrániť prenikaniu vodíka a má vysokú bezpečnosť.
●Jednoduché spracovanie:
Grafitový materiál sa ľahko spracováva a umožňuje prispôsobiť zložité návrhy a veľkosti prietokových kanálov podľa potrieb.
Ako sa vyrábajú bipolárne grafitové platne?
Výrobný procesgrafitová bipolárna doskazahŕňa nasledovné:
●Príprava surovín:
Použite prírodný grafit vysokej čistoty (> 99,9 %) alebo umelý grafitový prášok.
Na zvýšenie mechanickej pevnosti pridajte živicu (napríklad fenolickú živicu) ako spojivo.
●Lisovanie pod tlakom:
Zmiešaný materiál sa vstrekne do formy a lisuje sa pri vysokej teplote (200 – 300 ℃) a vysokom tlaku (> 100 MPa).
●Grafitizačná úprava:
Zahrievanie na 2500 – 3000 ℃ v inertnej atmosfére spôsobuje odparovanie neuhlíkových prvkov a vytváranie hustej grafitovej štruktúry.
●Spracovanie bežca:
Na vyrezávanie serpentínových, rovnobežných alebo prepletených kanálov (hĺbka 0,5 – 1 mm) použite CNC stroje alebo lasery.
●Povrchová úprava:
Impregnácia živicou alebo kovovým (ako je zlato, titán) povlakom znižuje kontaktný odpor a zlepšuje odolnosť proti opotrebovaniu.
Aké sú aplikácie bipolárnych grafitových dosiek?
1. Palivový článok:
- Palivový článok s protónovou výmennou membránou (PEMFC)
- Palivový článok na tuhý oxid (SOFC)
- Priamy metanolový palivový článok (DMFC)
2. Elektrolyzér:
- Výroba vodíka elektrolýzou vody
- Chlór-alkalický priemysel
3. Systém skladovania energie:
- Prietoková batéria
4. Chemický priemysel:
- Elektrochemický reaktor
5. Laboratórny výskum:
- Vývoj prototypov a testovanie palivových článkov a elektrolyzérov
Zhrnúť
Grafitové bipolárne platnesú základnými súčasťami elektrochemických zariadení, ako sú palivové články a elektrolyzéry, a majú viacero funkcií, ako je vodivosť, distribúcia plynu a oddelenie reakčných oblastí. S rozvojom technológií čistej energie sa grafitové bipolárne platne čoraz viac používajú v nových energetických vozidlách, systémoch na skladovanie energie, chemickej výrobe vodíka a ďalších oblastiach.
Čas uverejnenia: 31. marca 2025