Ano ang isang graphite bipolar plate?

Platong bipolar na grapaytay isang mahalagang bahagi na ginagamit sa mga kagamitang elektrokemikal tulad ng mga fuel cell at electrolyzer, na karaniwang gawa sa mga materyales na grapayt na may mataas na kadalisayan. Ito ay gumaganap ng mahalagang papel sa mga reaksiyong elektrokemikal, pangunahing ginagamit upang magsagawa ng kuryente, ipamahagi ang mga gas ng reaksyon (tulad ng hydrogen at oxygen), at paghiwalayin ang mga lugar ng reaksyon. Dahil ang dalawang gilid nito ay nagdidikit sa anode at cathode ng magkakatabing mga selula, na bumubuo ng isang istrukturang "bipolar" (ang isang gilid ay ang anode flow field at ang kabilang gilid ay ang cathode flow field), ito ay tinatawag na bipolar plate.

Ang istruktura ng graphite bipolar plate

Ang mga graphite bipolar plate ay karaniwang binubuo ng mga sumusunod na bahagi:
1. Patlang ng DaloyAng ibabaw ng bipolar plate ay dinisenyo na may kumplikadong istruktura ng flow field upang pantay na ipamahagi ang reaction gas (tulad ng hydrogen, oxygen o hangin) at ilabas ang nabuo na tubig.

2. Konduktibong patongAng materyal na graphite mismo ay may mahusay na conductivity at kayang maghatid ng kuryente nang mahusay.

3. Lugar ng pagbubuklodAng mga gilid ng mga bipolar plate ay karaniwang dinisenyo na may mga istrukturang pantakip upang maiwasan ang pagtagas ng gas at pagtagos ng likido.

4. Mga channel ng pagpapalamig (opsyonal)Sa ilang aplikasyon na may mataas na pagganap, maaaring idisenyo ang mga cooling channel sa loob ng mga bipolar plate upang pangasiwaan ang temperatura ng pagpapatakbo ng kagamitan.

Mga tungkulin ng mga platong bipolar na grapayt

1. Tungkuling konduktibo:

Bilang elektrod ng mga kagamitang elektrokemikal, ang bipolar plate ay responsable sa pagkolekta at pagdadala ng kuryente upang matiyak ang mahusay na output ng enerhiyang elektrikal.
2. Pamamahagi ng gas:

Sa pamamagitan ng disenyo ng flow channel, pantay na ipinamamahagi ng bipolar plate ang reaction gas sa catalyst layer, na nagtataguyod ng electrochemical reaction.
3. Paghihiwalay ng mga sona ng reaksyon:

Sa isang fuel cell o electrolyzer, pinaghihiwalay ng mga bipolar plate ang mga lugar ng anode at cathode, na pumipigil sa paghahalo ng mga gas.
4. Pagwawaldas ng init at pagpapatuyo:

Ang mga bipolar plate ay tumutulong sa pag-regulate ng operating temperature ng kagamitan at pagdiskarga ng tubig o iba pang by-product na nalilikha ng reaksyon.
5. Mekanikal na suporta:

Ang mga bipolar plate ay nagbibigay ng suportang istruktural para sa membrane electrode, na tinitiyak ang katatagan at tibay ng kagamitan.

Bakit pipiliin ang graphite bilang materyal para sa bipolar plate?

Mga katangian ng materyal ng mga platong bipolar na grapayt
●Mataas na kondaktibiti:

Ang bulk resistivity ng graphite ay kasingbaba ng 10-15μΩ.cm (mas mahusay kaysa sa 100-200 μΩ·cm ngmetal na platong bipolar).

●Paglaban sa kalawang:

Halos walang kalawang sa acidic na kapaligiran ng mga fuel cell (pH 2-3), at ang buhay ng serbisyo ay maaaring umabot ng higit sa 20,000 oras.

●Magaan:

Ang densidad ay humigit-kumulang 1.8 g/cm3 (7-8 g/cm3 para sa metal bipolar plate), na kapaki-pakinabang para sa pagbabawas ng timbang sa mga aplikasyon ng sasakyan.

●Katangian ng hadlang sa gas:

Ang siksik na istraktura ng grapayt ay maaaring epektibong maiwasan ang pagtagos ng hydrogen at may mataas na kaligtasan.

●Madaling pagproseso:

Ang materyal na grapayt ay madaling iproseso at kayang ipasadya ang mga kumplikadong disenyo at laki ng daluyan ng daloy ayon sa mga pangangailangan.

Paano ginagawa ang mga graphite bipolar plate?

Ang proseso ng produksyon ngplatong bipolar na grapaytkasama ang mga sumusunod:
●Paghahanda ng mga hilaw na materyales:

Gumamit ng mataas na kadalisayan (>99.9%) natural na grapayt o artipisyal na pulbos ng grapayt.

Magdagdag ng dagta (tulad ng phenolic resin) bilang panali upang mapahusay ang mekanikal na lakas.

●Paghubog ng Kompresyon:

Ang pinaghalong materyal ay iniinject sa isang molde at pinipiga sa ilalim ng mataas na temperatura (200-300℃) at mataas na presyon (>100 MPa).

●Paggamot sa grapitisasyon:

Ang pag-init sa 2500-3000℃ sa isang inert na atmospera ay nagiging sanhi ng pag-usbong ng mga elementong hindi carbon at pagbuo ng isang siksik na istrukturang grapayt.

●Pagproseso ng runner:

Gumamit ng mga CNC machine o laser upang umukit ng mga serpentine, parallel o interdigitated na mga channel (lalim na 0.5-1 mm).

●Paggamot sa ibabaw:

Ang pagbababad gamit ang dagta o metal (tulad ng ginto, titan) ay nakakabawas sa resistensya sa pakikipag-ugnayan at nagpapabuti sa resistensya sa pagkasira.

Ano ang mga gamit ng mga graphite bipolar plate?

1. Selula ng Panggatong:

- Selula ng gasolina ng lamad ng pagpapalit ng proton (PEMFC)

- Selula ng Panggatong na Solidong Oksido (SOFC)

- Direktang Methanol Fuel Cell (DMFC)

2. Elektrolisador:

- Produksyon ng hydrogen sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig

- Industriya ng kloro-alkali

3. Sistema ng pag-iimbak ng enerhiya:

- Baterya ng daloy

4. Industriya ng Kemikal:

- Elektrokemikal na Reaktor

5. Pananaliksik sa laboratoryo:

- Pagbuo at pagsubok ng prototype ng mga fuel cell at electrolyzer

Ibuod

Mga platong bipolar na grapaytay mga pangunahing bahagi ng mga kagamitang elektrokemikal tulad ng mga fuel cell at electrolyzer, at may maraming tungkulin tulad ng kondaktibiti, pamamahagi ng gas, at paghihiwalay ng mga lugar ng reaksyon. Kasabay ng pag-unlad ng teknolohiya ng malinis na enerhiya, ang mga graphite bipolar plate ay lalong ginagamit sa mga bagong sasakyan ng enerhiya, mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya, produksyon ng kemikal na hydrogen at iba pang larangan.