Tấm lưỡng cực graphite là gì?

Tấm lưỡng cực than chìlà một thành phần chính được sử dụng trong các thiết bị điện hóa như pin nhiên liệu và máy điện phân, thường được làm bằng vật liệu than chì có độ tinh khiết cao. Nó đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng điện hóa, chủ yếu được sử dụng để dẫn dòng điện, phân phối khí phản ứng (như hydro và oxy) và tách các khu vực phản ứng. Vì hai mặt của nó tiếp xúc với cực dương và cực âm của các pin đơn liền kề, tạo thành cấu trúc "lưỡng cực" (một mặt là trường dòng chảy cực dương và mặt kia là trường dòng chảy cực âm), nên nó được gọi là tấm lưỡng cực.

Cấu trúc của tấm lưỡng cực graphite

Tấm lưỡng cực than chì thường bao gồm các bộ phận sau:
1. Trường dòng chảy:Bề mặt của tấm lưỡng cực được thiết kế với cấu trúc trường dòng phức tạp để phân phối đều khí phản ứng (như hydro, oxy hoặc không khí) và xả nước được tạo ra.

2. Lớp dẫn điện: Bản thân vật liệu than chì có độ dẫn điện tốt và có thể dẫn dòng điện hiệu quả.

3. Khu vực niêm phong:Các cạnh của tấm lưỡng cực thường được thiết kế với cấu trúc bịt kín để ngăn rò rỉ khí và chất lỏng xâm nhập.

4. Kênh làm mát (tùy chọn):Trong một số ứng dụng hiệu suất cao, các kênh làm mát có thể được thiết kế bên trong các tấm lưỡng cực để điều chỉnh nhiệt độ hoạt động của thiết bị.

Chức năng của tấm lưỡng cực graphite

1. Chức năng dẫn điện:

Là điện cực của thiết bị điện hóa, tấm lưỡng cực có chức năng thu thập và dẫn dòng điện để đảm bảo đầu ra năng lượng điện hiệu quả.
2. Phân phối khí:

Thông qua thiết kế kênh dòng chảy, tấm lưỡng cực phân phối đều khí phản ứng vào lớp xúc tác, thúc đẩy phản ứng điện hóa.
3. Tách vùng phản ứng:

Trong pin nhiên liệu hoặc bình điện phân, các tấm lưỡng cực tách biệt vùng cực dương và cực âm, ngăn không cho các khí trộn lẫn với nhau.
4. Tản nhiệt và thoát nhiệt:

Các tấm lưỡng cực giúp điều chỉnh nhiệt độ hoạt động của thiết bị và thải nước hoặc các sản phẩm phụ khác được tạo ra trong phản ứng.
5. Hỗ trợ cơ học:

Tấm lưỡng cực cung cấp hỗ trợ cấu trúc cho điện cực màng, đảm bảo tính ổn định và độ bền của thiết bị.

Tại sao nên chọn than chì làm vật liệu tấm lưỡng cực?

Tính chất vật liệu của tấm lưỡng cực graphite
●Độ dẫn điện cao:

Điện trở suất khối của than chì thấp tới 10-15μΩ.cm (tốt hơn 100-200 μΩ·cmtấm lưỡng cực kim loại) .

●Khả năng chống ăn mòn:

Hầu như không bị ăn mòn trong môi trường axit của pin nhiên liệu (pH 2-3), tuổi thọ có thể đạt tới hơn 20.000 giờ.

●Nhẹ:

Mật độ khoảng 1,8 g/cm3 (7-8 g/cm3 đối với tấm lưỡng cực kim loại), có lợi cho việc giảm trọng lượng trong các ứng dụng trên xe.

●Tính chất rào cản khí:

Cấu trúc dày đặc của than chì có thể ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của hydro và có độ an toàn cao.

●Xử lý dễ dàng:

Vật liệu than chì dễ gia công và có thể tùy chỉnh thiết kế và kích thước kênh dòng chảy phức tạp theo nhu cầu.

Tấm lưỡng cực graphite được sản xuất như thế nào?

Quá trình sản xuất củatấm lưỡng cực graphitebao gồm những điều sau đây:
●Chuẩn bị nguyên liệu:

Sử dụng than chì tự nhiên hoặc bột than chì nhân tạo có độ tinh khiết cao (>99,9%).

Thêm nhựa (như nhựa phenolic) làm chất kết dính để tăng cường độ bền cơ học.

●Đúc nén:

Vật liệu hỗn hợp được phun vào khuôn và nén ở nhiệt độ cao (200-300℃) và áp suất cao (>100 MPa).

●Xử lý than hóa:

Đun nóng đến nhiệt độ 2500-3000℃ trong môi trường trơ ​​khiến các nguyên tố không phải cacbon bay hơi và tạo thành cấu trúc than chì đặc.

●Xử lý người chạy:

Sử dụng máy CNC hoặc tia laser để khắc các rãnh hình ngoằn ngoèo, song song hoặc xen kẽ (sâu 0,5-1 mm).

●Xử lý bề mặt:

Việc tẩm lớp phủ bằng nhựa hoặc kim loại (như vàng, titan) làm giảm điện trở tiếp xúc và cải thiện khả năng chống mài mòn.

Ứng dụng của tấm lưỡng cực graphite là gì?

1. Pin nhiên liệu:

- Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC)

- Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC)

- Pin nhiên liệu Methanol trực tiếp (DMFC)

2. Máy điện phân:

- Sản xuất hydro bằng phương pháp điện phân nước

- Ngành công nghiệp clo-kiềm

3. Hệ thống lưu trữ năng lượng:

- Pin lưu lượng

4. Công nghiệp hóa chất:

- Lò phản ứng điện hóa

5. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm:

- Phát triển và thử nghiệm nguyên mẫu pin nhiên liệu và máy điện phân

Tóm tắt

Tấm lưỡng cực than chìlà thành phần cốt lõi của thiết bị điện hóa như pin nhiên liệu và máy điện phân, có nhiều chức năng như độ dẫn điện, phân phối khí và tách vùng phản ứng. Với sự phát triển của công nghệ năng lượng sạch, tấm lưỡng cực graphite ngày càng được sử dụng nhiều trong các phương tiện năng lượng mới, hệ thống lưu trữ năng lượng, sản xuất hydro hóa học và các lĩnh vực khác.