แผ่นขั้วคู่ของเซลล์เชื้อเพลิง

แผ่นขั้วคู่เป็นส่วนประกอบหลักของเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพและต้นทุนของเครื่องปฏิกรณ์ ปัจจุบัน แผ่นขั้วคู่แบ่งออกตามวัสดุหลักๆ ได้แก่ แผ่นกราไฟต์ แผ่นคอมโพสิต และแผ่นโลหะ

แผ่นขั้วคู่เป็นส่วนประกอบหลักอย่างหนึ่งของเซลล์เชื้อเพลิง PEMFC บทบาทหลักคือการลำเลียงก๊าซผ่านสนามการไหลบนพื้นผิว รวบรวมและนำกระแสไฟฟ้า ความร้อน และน้ำที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา ขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุ น้ำหนักของชุดเซลล์เชื้อเพลือง PEMFC จะอยู่ที่ประมาณ 60% ถึง 80% และต้นทุนจะอยู่ที่ประมาณ 30% ตามข้อกำหนดด้านการทำงานของแผ่นขั้วคู่ และเมื่อพิจารณาถึงสภาพแวดล้อมปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าที่เป็นกรดของเซลล์เชื้อเพลือง PEMFC แผ่นขั้วคู่จึงต้องมีคุณสมบัติสูงในด้านการนำไฟฟ้า ความแน่นหนาของอากาศ คุณสมบัติทางกล ความต้านทานการกัดกร่อน เป็นต้น

แผ่นคู่ของเซลล์เชื้อเพลิง PEMFC แบ่งตามวัสดุหลักได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ แผ่นกราไฟต์ แผ่นคอมโพสิต และแผ่นโลหะ โดยแผ่นคู่กราไฟต์เป็นแผ่นคู่ที่ใช้กันมากที่สุดในประเทศในปัจจุบัน เนื่องจากมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้า การนำความร้อน ความเสถียร และความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี แต่มีคุณสมบัติทางกลค่อนข้างต่ำ เปราะ และยากต่อการขึ้นรูป ทำให้ต้นทุนสูง ซึ่งเป็นปัญหาที่ผู้ผลิตหลายรายประสบอยู่

กราไฟต์แผ่นไบโพลาร์การแนะนำ:

แผ่นขั้วคู่ที่ทำจากกราไฟต์มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้า การนำความร้อน และความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี และเป็นแผ่นขั้วคู่ที่ใช้กันมากที่สุดในระบบ PEMFCS อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของมันก็ชัดเจนเช่นกัน ได้แก่ อุณหภูมิการกราไฟต์ของแผ่นกราไฟต์มักสูงกว่า 2500℃ ซึ่งต้องดำเนินการตามขั้นตอนการให้ความร้อนที่เข้มงวดและใช้เวลานาน กระบวนการผลิตช้า รอบการทำงานยาว และต้องใช้เครื่องจักรที่มีความแม่นยำสูง ส่งผลให้ต้นทุนของแผ่นกราไฟต์สูง กราไฟต์เปราะบาง แผ่นที่ได้ต้องได้รับการจัดการอย่างระมัดระวัง การประกอบทำได้ยาก กราไฟต์มีรูพรุน ดังนั้นแผ่นจึงต้องมีความหนาหลายมิลลิเมตรเพื่อให้ก๊าซสามารถแยกตัวได้ ส่งผลให้ความหนาแน่นของวัสดุเองต่ำลง แต่ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปมีน้ำหนักมากขึ้น

การเตรียมกราไฟต์แผ่นไบโพลาร์:

ผงหมึกหรือผงกราไฟต์จะถูกผสมกับเรซินกราไฟต์ ขึ้นรูปด้วยการอัด และทำการกราไฟต์ที่อุณหภูมิสูง (โดยปกติที่ 2200~2800 องศาเซลเซียส) ในบรรยากาศรีดิวซ์หรือภายใต้สภาวะสุญญากาศ จากนั้นแผ่นกราไฟต์จะถูกชุบเพื่อปิดรู และใช้เครื่องจักรควบคุมเชิงตัวเลขในการขึ้นรูปช่องทางเดินก๊าซที่ต้องการบนพื้นผิว การกราไฟต์ที่อุณหภูมิสูงและการขึ้นรูปช่องทางเดินก๊าซเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้แผ่นไบโพลาร์มีราคาสูง โดยการขึ้นรูปคิดเป็นเกือบ 60% ของต้นทุนเซลล์เชื้อเพลิงทั้งหมด

แผ่นไบโพลาร์เป็นหนึ่งในส่วนประกอบหลักที่สุดในชุดเซลล์เชื้อเพลิง หน้าที่หลักของมันมีดังต่อไปนี้:

1. การเชื่อมต่อแบตเตอรี่แบบเดี่ยว

2. จ่ายเชื้อเพลิง (H2) และอากาศ (O2)

3. การรวบรวมและการนำกระแสไฟฟ้า

4. รองรับสแต็กและ MEA

5. เพื่อระบายความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยา

6. ระบายน้ำที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาออก