Grafit bipolar levhayakıt hücreleri ve elektrolizörler gibi elektrokimyasal ekipmanlarda kullanılan, genellikle yüksek saflıkta grafit malzemelerden yapılmış önemli bir bileşendir. Elektrokimyasal reaksiyonlarda hayati bir rol oynar, esas olarak akım iletmek, reaksiyon gazlarını (hidrojen ve oksijen gibi) dağıtmak ve reaksiyon alanlarını ayırmak için kullanılır. İki tarafı bitişik tek hücrelerin anot ve katotlarıyla temas ederek "bipolar" bir yapı oluşturduğu için (bir taraf anot akış alanı ve diğer taraf katot akış alanıdır) bipolar plaka olarak adlandırılır.
Grafit bipolar levhanın yapısı
Grafit bipolar plakalar genellikle aşağıdaki parçalardan oluşur:
1. Akış Alanı: Bipolar plakanın yüzeyi, reaksiyon gazının (hidrojen, oksijen veya hava gibi) eşit şekilde dağıtılması ve oluşan suyun boşaltılması için karmaşık bir akış alanı yapısı ile tasarlanmıştır.
2. İletken tabaka:Grafit malzemesi kendi başına iyi bir iletkenliğe sahip olup akımı verimli bir şekilde iletebilir.
3. Sızdırmazlık alanı: Bipolar plakaların kenarları genellikle gaz sızıntısını ve sıvı geçişini engelleyecek sızdırmazlık yapılarıyla tasarlanır.
4. Soğutma kanalları (isteğe bağlı):Bazı yüksek performans uygulamalarında, ekipmanın çalışma sıcaklığını düzenlemek amacıyla bipolar plakaların içine soğutma kanalları tasarlanabilir.
Grafit bipolar plakaların fonksiyonları
1. İletkenlik fonksiyonu:
Elektrokimyasal ekipmanın elektrodu olan bipolar plaka, elektrik enerjisinin verimli bir şekilde çıkışını sağlamak için akımı toplamak ve iletmekten sorumludur.
2. Gaz dağıtımı:
Akış kanalı tasarımı sayesinde bipolar plaka, reaksiyon gazını katalizör tabakasına eşit şekilde dağıtarak elektrokimyasal reaksiyonun gerçekleşmesini sağlar.
3. Reaksiyon bölgelerinin ayrılması:
Yakıt hücresinde veya elektrolizörde, bipolar plakalar anot ve katot bölgelerini ayırarak gazların karışmasını önler.
4. Isı dağılımı ve drenaj:
Bipolar plakalar, ekipmanın çalışma sıcaklığını düzenlemeye ve reaksiyon sonucu oluşan su veya diğer yan ürünleri tahliye etmeye yardımcı olur.
5. Mekanik destek:
Bipolar plakalar membran elektroduna yapısal destek sağlayarak ekipmanın stabilitesini ve dayanıklılığını garanti altına alır.
Bipolar plaka malzemesi olarak neden grafit seçilmelidir?
Grafit bipolar plakaların malzeme özellikleri
●Yüksek iletkenlik:
Grafitin toplu özdirenci 10-15μΩ.cm kadar düşüktür (100-200 μΩ·cm'den daha iyidir)metal bipolar levha) .
●Korozyon direnci:
Yakıt hücrelerinin asidik ortamında (pH 2-3) neredeyse hiç korozyon olmaz ve hizmet ömrü 20.000 saati aşabilir.
●Hafif:
Yoğunluğu yaklaşık 1,8 g/cm3'tür (metal bipolar levhalar için 7-8 g/cm3), bu da araç uygulamalarında ağırlığın azaltılması açısından faydalıdır.
●Gaz bariyer özelliği:
Grafitin yoğun yapısı hidrojen penetrasyonunu etkili bir şekilde önleyebilir ve yüksek güvenliğe sahiptir.
●Kolay işlem:
Grafit malzemesi işlenmesi kolaydır ve karmaşık akış kanalı tasarımları ve boyutları ihtiyaçlara göre özelleştirilebilir.
Grafit bipolar plakalar nasıl üretilir?
Üretim sürecigrafit bipolar levhaAşağıdakileri içerir:
●Hammadde hazırlama:
Yüksek saflıkta (%99,9'dan fazla) doğal grafit veya yapay grafit tozu kullanın.
Mekanik dayanıklılığı artırmak için bağlayıcı olarak reçine (fenolik reçine gibi) ekleyin.
●Sıkıştırma Kalıplama:
Karıştırılan malzeme bir kalıba enjekte edilir ve yüksek sıcaklık (200-300℃) ve yüksek basınç (>100 MPa) altında preslenir.
●Grafitleme işlemi:
İnert atmosferde 2500-3000℃'ye kadar ısıtma, karbon olmayan elementlerin uçmasına ve yoğun bir grafit yapısının oluşmasına neden olur.
●Koşu işleme:
Yılan şeklinde, paralel veya iç içe geçmiş kanalları (derinlik 0,5-1 mm) oymak için CNC makineleri veya lazerler kullanın.
●Yüzey İşlemleri:
Reçine veya metal (altın, titanyum gibi) kaplama ile emprenye edilmesi temas direncini azaltır ve aşınma direncini artırır.
Grafit bipolar plakaların kullanım alanları nelerdir?
1. Yakıt Hücresi:
- Proton değişim membranlı yakıt hücresi (PEMFC)
- Katı Oksit Yakıt Hücresi (SOFC)
- Doğrudan Metanol Yakıt Hücresi (DMFC)
2. Elektrolizör:
- Suyun elektrolizi ile hidrojen üretimi
- Klor-alkali endüstrisi
3. Enerji depolama sistemi:
- Akış pili
4. Kimya Sanayi:
- Elektrokimyasal Reaktör
5. Laboratuvar araştırmaları:
- Yakıt hücreleri ve elektrolizörlerin prototip geliştirilmesi ve test edilmesi
Özetle
Grafit bipolar plakalaryakıt hücreleri ve elektrolizörler gibi elektrokimyasal ekipmanların temel bileşenleridir ve iletkenlik, gaz dağıtımı ve reaksiyon alanlarının ayrılması gibi birden fazla işlevi vardır. Temiz enerji teknolojisinin gelişmesiyle birlikte grafit bipolar plakalar yeni enerji araçlarında, enerji depolama sistemlerinde, kimyasal hidrojen üretiminde ve diğer alanlarda giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Gönderi zamanı: Mar-31-2025