Grafit bipolär plattaär en nyckelkomponent som används i elektrokemisk utrustning såsom bränsleceller och elektrolysörer, vanligtvis tillverkad av högrena grafitmaterial. Den spelar en viktig roll i elektrokemiska reaktioner och används främst för att leda ström, distribuera reaktionsgaser (såsom väte och syre) och separera reaktionsområden. Eftersom dess två sidor är i kontakt med anoden och katoden i intilliggande enskilda celler och bildar en "bipolär" struktur (ena sidan är anodens flödesfält och den andra sidan är katodens flödesfält), kallas den bipolär platta.
Strukturen av den bipolära grafitplattan
Bipolära grafitplattor består vanligtvis av följande delar:
1. FlödesfältYtan på den bipolära plattan är utformad med en komplex flödesfältstruktur för att jämnt fördela reaktionsgasen (såsom väte, syre eller luft) och avleda det genererade vattnet.
2. Ledande lagerGrafitmaterialet i sig har god ledningsförmåga och kan leda ström effektivt.
3. TätningsområdeKanterna på bipolära plattor är vanligtvis utformade med tätningsstrukturer för att förhindra gasläckage och vätskepenetration.
4. Kylkanaler (valfritt)I vissa högpresterande tillämpningar kan kylkanaler utformas inuti de bipolära plattorna för att reglera utrustningens driftstemperatur.
Funktioner hos bipolära grafitplattor
1. Ledande funktion:
Som elektrod i elektrokemisk utrustning ansvarar den bipolära plattan för att samla in och leda ström för att säkerställa effektiv produktion av elektrisk energi.
2. Gasdistribution:
Genom flödeskanaldesignen fördelar den bipolära plattan reaktionsgasen jämnt till katalysatorskiktet, vilket främjar den elektrokemiska reaktionen.
3. Separera reaktionszoner:
I en bränslecell eller elektrolysör separerar bipolära plattor anod- och katodområdena, vilket förhindrar att gaser blandas.
4. Värmeavledning och dränering:
Bipolära plattor hjälper till att reglera utrustningens driftstemperatur och avleda vatten eller andra biprodukter som genereras av reaktionen.
5. Mekaniskt stöd:
Bipolära plattor ger strukturellt stöd för membranelektroden, vilket säkerställer utrustningens stabilitet och hållbarhet.
Varför välja grafit som bipolärt plattmaterial?
Materialegenskaper hos bipolära grafitplattor
●Hög konduktivitet:
Grafits bulkresistivitet är så låg som 10–15 μΩ.cm (bättre än 100–200 μΩ·cm förbipolär metallplatta).
●Korrosionsbeständighet:
Nästan ingen korrosion i bränslecellernas sura miljö (pH 2-3), och livslängden kan uppgå till mer än 20 000 timmar.
●Lättvikt:
Densiteten är cirka 1,8 g/cm3 (7–8 g/cm3 för bipolär metallplatta), vilket är fördelaktigt för att minska vikten i fordonsapplikationer.
●Gasbarriäregenskaper:
Grafitens täta struktur kan effektivt förhindra vätepenetration och har hög säkerhet.
●Enkel bearbetning:
Grafitmaterial är lätt att bearbeta och kan anpassa komplexa flödeskanaldesigner och storlekar efter behov.
Hur tillverkas bipolära grafitplattor?
Produktionsprocessen förbipolär platta i grafitinkluderar följande:
●Råmaterialberedning:
Använd naturlig grafit eller artificiellt grafitpulver med hög renhet (>99,9 %).
Tillsätt harts (såsom fenolharts) som bindemedel för att förbättra den mekaniska hållfastheten.
●Kompressionsgjutning:
Det blandade materialet sprutas in i en form och pressas under hög temperatur (200-300 ℃) och högt tryck (>100 MPa).
●Grafitiseringsbehandling:
Uppvärmning till 2500-3000 ℃ i en inert atmosfär gör att icke-kolämnen förångas och bildar en tät grafitstruktur.
●Löparbearbetning:
Använd CNC-maskiner eller lasrar för att såga ut serpentinska, parallella eller sammanflätade kanaler (djup 0,5–1 mm).
●Ytbehandling:
Impregnering med harts- eller metallbeläggning (såsom guld, titan) minskar kontaktmotståndet och förbättrar slitstyrkan.
Vilka är tillämpningarna av bipolära grafitplattor?
1. Bränslecell:
- Bränslecell med protonbytesmembran (PEMFC)
- Fastoxidbränslecell (SOFC)
- Direkt metanolbränslecell (DMFC)
2. Elektrolysör:
- Väteproduktion genom vattenelektrolys
- Kloralkaliindustrin
3. Energilagringssystem:
- Flödesbatteri
4. Kemisk industri:
- Elektrokemisk reaktor
5. Laboratorieforskning:
- Prototyputveckling och testning av bränsleceller och elektrolysörer
Sammanfatta
Grafitbipolära plattorär kärnkomponenter i elektrokemisk utrustning såsom bränsleceller och elektrolysörer, och har flera funktioner såsom konduktivitet, gasdistribution och separation av reaktionsområden. Med utvecklingen av ren energiteknik används bipolära grafitplattor i allt större utsträckning i nya energifordon, energilagringssystem, kemisk vätgasproduktion och andra områden.
Publiceringstid: 31 mars 2025