Що таке графітова біполярна пластина?

Графітова біполярна пластинає ключовим компонентом, що використовується в електрохімічному обладнанні, такому як паливні елементи та електролізери, зазвичай виготовленим з високочистих графітових матеріалів. Він відіграє життєво важливу роль в електрохімічних реакціях, головним чином використовується для проведення струму, розподілу реакційних газів (таких як водень і кисень) та розділення реакційних зон. Оскільки його дві сторони контактують з анодом і катодом сусідніх окремих елементів, утворюючи «біполярну» структуру (одна сторона є полем потоку анода, а інша сторона - полем потоку катода), його називають біполярною пластиною.

Структура графітової біполярної пластини

Графітові біполярні пластини зазвичай складаються з наступних частин:
1. Поле потокуПоверхня біполярної пластини розроблена зі складною структурою поля потоку для рівномірного розподілу реакційного газу (наприклад, водню, кисню або повітря) та відведення утвореної води.

2. Провідний шарГрафіт сам по собі має добру провідність і може ефективно проводити струм.

3. Зона герметизаціїКраї біполярних пластин зазвичай мають герметичні конструкції для запобігання витоку газу та проникненню рідини.

4. Охолоджувальні канали (необов'язково)У деяких високопродуктивних застосуваннях всередині біполярних пластин можуть бути спроектовані охолоджувальні канали для регулювання робочої температури обладнання.

Функції графітових біполярних пластин

1. Провідна функція:

Як електрод електрохімічного обладнання, біполярна пластина відповідає за збір та проведення струму для забезпечення ефективного виходу електричної енергії.
2. Розподіл газу:

Завдяки конструкції проточного каналу, біполярна пластина рівномірно розподіляє реакційний газ по шару каталізатора, сприяючи електрохімічній реакції.
3. Розділення реакційних зон:

У паливному елементі або електролізері біполярні пластини розділяють анодну та катодну області, запобігаючи змішуванню газів.
4. Тепловіддача та дренаж:

Біполярні пластини допомагають регулювати робочу температуру обладнання та скидають воду або інші побічні продукти, що утворюються в результаті реакції.
5. Механічна опора:

Біполярні пластини забезпечують структурну підтримку мембранного електрода, забезпечуючи стабільність та довговічність обладнання.

Чому варто обрати графіт як матеріал для біполярних пластин?

Властивості графітових біполярних пластин
●Висока провідність:

Об'ємний питомий опір графіту становить лише 10-15 мкОм·см (краще, ніж 100-200 мкОм·смметалева біполярна пластина) .

●Стійкість до корозії:

Практично відсутня корозія в кислому середовищі паливних елементів (pH 2-3), а термін служби може сягати понад 20 000 годин.

●Легкий:

Щільність становить близько 1,8 г/см3 (7-8 г/см3 для металевої біполярної пластини), що є корисним для зменшення ваги в транспортних засобах.

●Властивість газобар'єру:

Щільна структура графіту може ефективно запобігати проникненню водню та має високу безпеку.

●Легка обробка:

Графітовий матеріал легко обробляється, і з нього можна створювати складні конструкції та розміри каналів потоку відповідно до потреб.

Як виготовляють графітові біполярні пластини?

Процес виробництваграфітова біполярна пластинавключає наступне:
●Підготовка сировини:

Використовуйте натуральний графіт високої чистоти (>99,9%) або штучний графітовий порошок.

Додайте смолу (наприклад, фенольну смолу) як сполучну речовину для підвищення механічної міцності.

●Компресійне формування:

Змішаний матеріал впорскується у форму та пресується під високою температурою (200-300℃) та високим тиском (>100 МПа).

●Обробка графітизацією:

Нагрівання до 2500-3000℃ в інертній атмосфері призводить до випаровування невуглецевих елементів та утворення щільної графітової структури.

●Обробка бігуна:

Використовуйте верстати з ЧПК або лазери для вирізання серпантинових, паралельних або переплетених каналів (глибиною 0,5-1 мм).

●Обробка поверхні:

Просочення смолою або металевим (наприклад, золотим, титановим) покриттям зменшує контактний опір і покращує зносостійкість.

Які застосування мають графітові біполярні пластини?

1. Паливний елемент:

- Паливний елемент з протонно-обмінною мембраною (PEMFC)

- Твердооксидний паливний елемент (SOFC)

- Паливний елемент прямого метанолу (DMFC)

2. Електролізер:

- Виробництво водню шляхом електролізу води

- Хлор-лужна промисловість

3. Система накопичення енергії:

- Проточна батарея

4. Хімічна промисловість:

- Електрохімічний реактор

5. Лабораторні дослідження:

- Розробка та випробування прототипів паливних елементів та електролізерів

Підсумувати

Графітові біполярні пластиниє основними компонентами електрохімічного обладнання, такого як паливні елементи та електролізери, і виконують численні функції, такі як провідність, розподіл газів та розділення реакційних зон. З розвитком технологій чистої енергії графітові біполярні пластини все частіше використовуються в нових енергетичних транспортних засобах, системах накопичення енергії, хімічному виробництві водню та інших галузях.