Grafit bipolýar plitalary ýangyç öýjüklerinde nähili işleýär?

I. Senagatyň gülläp ösmeginde grafit bipolýar plitalarynyň esasy roly

“Goşa uglerod” maksatlarynyň we wodorod ykdysadyýetiniň çalt ösüşiniň fonunda ýangyç öýjükleri (esasanam PEM ýangyç öýjükleri) demonstrasiýa tapgyryndan giň möçberli ulanylyşa geçýär. Ýolagçy awtoulaglardan paýlanan energiýa öndürýän ulgamlara çenli ulgamyň netijeliligi, ömrüniň dowamlylygy we ýangyç öýjükleriniň bahasy senagat bäsdeşliginiň esasy görkezijilerine öwrülýär.

Bu ulgamda grafit bipolýar plastinka diňe "kömekçi bölek" däl, eýsem ýangyç elementleriniň stekiniň işini kesgitleýän esasy funksional elementleriň biridir. Barlaglar bipolýar plitalaryň ýangyç elementleriniň stekiniň agramynyň takmynan 60–80% -ni we bahasynyň 40–50% -ni düzýändigini görkezýär; olaryň dizaýny we material saýlamagy ulgamyň kuwwatlylygynyň dykyzlygyna, berkligine we önümçilik çykdajylaryna gönüden-göni täsir edýär.

Iş mehanizmi nukdaýnazaryndan, grafit bipolýar plitalary ýangyç öýjükleriniň durnukly we üznüksiz elektrohimiki reaksiýasyny, şol sanda "tok geçirijiligi, gaz paýlanyşy, ýylylyk dolandyryşy we gurluş goldawy" ýaly köp sanly funksiýalary ýokary derejede integrasiýa etmek arkaly gazanýar we olary stekdäki hakyky "köpfiziki birleşdiriji esasy komponent" edýär.

II. Ýangyç öýjüklerinde grafit bipolýar plitalarynyň roly we işleýiş ýörelgeleri 

Adaty proton alyş-çalyş membranaly ýangyç öýjüklerinde (PEMFC) grafit bipolýar plitalar membrana elektrod toplumynyň (MEA) iki tarapynda ýerleşýär we iki taraplaýyn gurluşy arkaly yzygiderli baglanyşykly ýangyç öýjükleriniň funksiýalaryny birleşdirýär.

Onuň işleýiş prinsipini aşakdaky dört baglanyşykly proses arkaly düşünip bolýar:

Birinjisi, tok ýygnamak we geçirmek mehanizmi. Ýangyç öýjükleriniň reaksiýasy mahalynda wodorod anodda elektronlaryny ýitirýär we bu elektronlar daşarky zynjyr arkaly güýç hökmünde çykýar. Bipolýar plastinka elektronlary bir öýjükden beýleki öýjüklere gönükdirmek üçin jogapkärdir. Grafitiň içki elektrik geçirijiligi 10⁴ S/sm3 derejesine ýetip, omik ýitgileri ep-esli azaldyp we şeýdip ulgamyň netijeliligini ýokarlandyryp biler.

Ikinjisi, reagent daşamak we akym meýdanyny dolandyrmak mehanizmi. Bipolýar plastinkanyň ýüzi wodorod we howany deň derejede paýlamak we reaksiýa netijesinde emele gelen suwy aýyrmak üçin takyk akym kanallary bilen işlenip düzülýär. Bu proses, esasan, gaz-suwuklyk iki fazaly akym dolandyryş meselesi bolup, onuň dizaýny massa geçirijiliginiň netijeliligine we batareýanyň işiniň durnuklylygyna gönüden-göni täsir edýär.

Üçünjisi, ýylylygy dolandyrmak mehanizmi. Ýangyç öýjükleri iş wagtynda ýylylyk öndürýär; eger bu ýylylygy netijeli ýaýradyp bolmasa, ol ýerli gyzgyn nokatlaryň döremegine we membrana elektrodlarynyň garramagynyň çaltlaşmagyna sebäp bolar. Grafitiň ajaýyp ýylylyk geçirijiligi oňa ýylylygy tekizligiň içinde çalt we deň derejede ýaýratmaga mümkinçilik berýär, şeýlelik bilen stekiň içinde durnukly temperatura meýdanyny saklaýar.

Ahyrsoňy, möhürlemek we izolýasiýa mehanizmi bar. Gurluşyk dizaýny we utgaşdyrylan möhürleme ulgamy arkaly bipolýar plastinka wodorod bilen kislorodyň berk bölünmegini üpjün edýär we gazyň özara hapalanmagynyň öňüni alýar. Bu diňe bir netijelilige täsir etmän, eýsem ulgamyň howpsuzlygyna hem gönüden-göni täsir edýär.

Gysgaça aýdylanda, grafit bipolýar plitalarynyň işleýiş prinsipi ýeke-täk fiziki proses däl, eýsem elektrik, termal, akym we gurluş faktorlaryny öz içine alýan köp meýdanly baglanyşykly ulgamyň sinergetik özara täsiriniň netijesidir.

III. Grafiti näme üçin saýlamaly: Esasy fiziki häsiýetleriň seljermesi

Grafit köp sanly esasy öndürijilik ölçegleri boýunça giňişleýin artykmaçlyklary sebäpli taryhy taýdan hem, häzirki wagtda hem giňden ulanylýan bipolýar plastinka materialyna öwrüldi.

Elektrik häsiýetleri babatda grafit ajaýyp elektrik geçirijiligini görkezýär; onuň gatlakly gurluşy elektron daşamak üçin üznüksiz ýol üpjün edýär, bu bolsa ony DOE tehniki talaplaryna laýyk gelmek üçin ideal materiala öwürýär (geçirijilik > 100 S/sm3).

Himiki durnuklylyk babatda grafit ajaýyp korroziýa garşylygyny görkezýär. Ýangyç elementleriniň kislotaly we ýokary potensially gurşawynda metal materiallar köplenç korroziýa edýär we passiwasiýa gatlaklaryny emele getirýär, şonuň bilen kontakt garşylygyny ýokarlandyrýar. Tersine, grafit uzak möhletli durnukly işlemegi üpjün edýän tebigy himiki inertlige eýedir.

Termal häsiýetlere gelende, grafit ýokary termal geçirijilige eýedir, bu bolsa stekiň içinde temperaturanyň deň paýlanmagyna kömek edýär we ýerli gyzgynlyk sebäpli membrana elektrodynyň zaýalanmagynyň öňüni alýar.

Mundan başga-da, grafit ajaýyp gaz päsgelçiligi häsiýetlerini hödürleýär (olary siňdirmek arkaly has-da güýçlendirip bolýar), wodorodyň we kislorodyň siňmeginiň öňüni netijeli alýar we ulgamyň bitewüligini üpjün edýär.

Şeýle-de bolsa, inženerçilik nukdaýnazaryndan grafitiň uly çäklendirmeleri bar. Mysal üçin, ol örän döwülýär, gaýtadan işlemek kyn we adatça birnäçe millimetr (>2–5 mm) galyňlygyny talap edýär, bu bolsa ýeňil we ýokary kuwwatly dykyzlykly stek dizaýnlaryna ýetmek üçin edilýän tagallalara päsgel berýär. Netijede, soňky ýyllarda kompozit grafit we metal alternatiwalary kem-kemden ylmy-barlag merkezine öwrüldi.

IV. Pudak meýilleri we geljekki garaýyşlar

Ýangyç öýjükleriniň täjirçilik taýdan ulanylmagy çaltlaşdygyça, bipolýar plastinka tehnologiýasy çalt ösüşe geçýär we onuň ösüşi materiallaryň we önümçilik ösüşleriniň täsiri bilen aýdyň görünýär.

Bir tarapdan, ýolagçy awtoulaglarynda we ýokary kuwwatly dykyzlykly ulanylyşlarda senagat däp bolan grafit bipolýar plitalaryndan metal bipolýar plitalara (meselem, poslamaýan polat we titan erginleri) ýuwaş-ýuwaşdan geçýär. Bu materiallar submillimetr galyňlyklaryna ýetip bilýär we ştamplama prosesleri önümçilik çykdajylaryny ep-esli azaldýar we şeýdip köpçülikleýin önümçiligiň talaplaryny kanagatlandyrýar.

Beýleki tarapdan, grafit kompozit bipolýar plitalar esasy geçiş çözgüdi hökmünde ýüze çykýar. Smolalar we uglerod nanotubalary ýaly geçiriji doldurgyçlary goşmak arkaly bu materiallar ýokary elektrik geçirijiligini we korroziýa garşylygyny saklap, mehaniki berkligi gowulandyryp we gaýtadan işlemegiň çykdajylaryny azaldyp bilýär.

Şol bir wagtyň özünde, ösen önümçilik tehnologiýalary (meselem, goşmaça önümçilik) bipolýar plastinka akym kanallarynyň dizaýnyny has çylşyrymly we netijeli edýär, şeýlelik bilen ýangyç öýjükleriniň umumy işini we energiýany ulanmagyň netijeliligini ýokarlandyrýar.

Uzak möhletde grafit bipolýar plitalary aşakdaky ugurlarda bäsdeşlige ukyply bolmagynda galar:

● Stasionar elektrik energiýasyny öndürýän ulgamlar (bu ýerde bahasy we ömrüň dowamlylygy möhüm faktorlar bolup durýar)

● Pes we orta kuwwatly ulanyşlar

● Alkalin ýa-da aýratyn iş şertlerinde elektrohimiki ulgamlar

Hytaýyň öňdebaryjy öndürijisi we üpjün edijisi hökmündegrafit bipolýar plitalary, Ningbo VET Energy kompaniýasy PEMFC üçin tygşytly, ýokary geçirijilikli we mehaniki taýdan berk bolan ösen grafit bipolýar plitalaryny işläp düzdi. VET Energy şeýle hem grafidiň özüne mahsus ýokary elektrik we ýylylyk geçirijiligini saklap galmak bilen, gaz geçirmezligini we ýokary berkligini gazanmak üçin smola bilen siňdirilen grafit materiallaryny hödürleýär.

Has möhümi,HET EnergiýasyGrafit bipolýar plastinka dizaýnynyň talaplaryna laýyklaşdyrylan talaplary goldaýar. Biz plastinkalaryň iki tarapyny hem işläp, akym kanallaryny döredip bileris, diňe bir tarapyny işläp bileris ýa-da işlenmedik boş plastinkalary hödürläp bileris. Ähli grafit plitalary siziň jikme-jik talaplaryňyza laýyklykda işläp bilner. Siziň başga soraglaryňyza sabyrsyzlyk bilen garaşýarys.