ווי ארבעטן גראַפיט בייפּאָולאַר פּלאַטעס אין ברענשטאָף צעלן?

I. די צענטראלע ראלע פון ​​גראַפיט בייפּאָולאַר פּלאַטעס אין דעם אינדוסטריע בום

קעגן דעם הינטערגרונט פון די "צווייפאכיגע קוילן-שטאף" צילן און די שנעלע אנטוויקלונג פון דער וואסערשטאף עקאנאמיע, גייען ברענשטאף צעלן (ספעציעל PEM ברענשטאף צעלן) אריבער פון דער דעמאנסטראציע פאזע צו גרויס-מאסשטאב אנווענדונג. פון פאסאזשיר וועהיקלעך ביז פארשפרייטע מאכט דזשענעריישאַן סיסטעמען, ווערן די סיסטעם עפעקטיווקייט, לעבנס-צייט, און קאסט פון ברענשטאף צעלן שליסל אינדיקאטארן פון אינדוסטריע קאנקורענץ.

אין דעם סיסטעם, איז די גראַפיט בייפּאָולאַר פּלאַטע נישט בלויז אַ "הילף קאָמפּאָנענט," נאָר איינער פון די הויפּט פונקציאָנעלע עלעמענטן וואָס באַשטימען די פאָרשטעלונג פון די ברענשטאָף צעל סטאַק. פאָרשונג ווייזט אַז בייפּאָולאַר פּלאַטעס זענען פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר אַרום 60-80% פון די וואָג און 40-50% פון די קאָסטן פון אַ ברענשטאָף צעל סטאַק; זייער פּלאַן און מאַטעריאַל סעלעקציע האָבן אַ דירעקטן השפּעה אויף די סיסטעם מאַכט געדיכטקייט, האַרטקייט און פּראָדוקציע קאָסטן.

פֿון אַן אַרבעטס־מעכאַניזם פּערספּעקטיוו, דערגרייכן גראַפֿיט בייפּאָולאַר פּלאַטעס די סטאַבילע און קאָנטינויִערלעכע עלעקטראָכעמישע רעאַקציע פֿון ברענשטאָף צעלן דורך העכסט אינטעגרירן קייפל פֿונקציעס — אַרייַנגערעכנט "קראַנט קאַנדאַקשאַן, גאַז פֿאַרשפּרייטונג, טערמישע פאַרוואַלטונג, און סטרוקטורעלע שטיצע" — מאַכנדיג זיי די עכטע "מולטי־פֿיזיק קאַפּלינג קאָר קאָמפּאָנענט" אין דעם סטאַק.

II. די ראלע און אפעראציע פרינציפן פון גראַפיט בייפּאָולאַר פּלאַטעס אין ברענשטאָף סעלז 

אין אַ טיפּישער פּראָטאָן אויסטויש מעמבראַן ברענשטאָף צעל (PEMFC), זענען גראַפיט בייפּאָולאַר פּלאַטעס ליגן אויף ביידע זייטן פון דער מעמבראַן עלעקטראָד אַסעמבלי (MEA), וואָס אינטעגרירן די פאַנגקשאַנז פון סעריע-פארבונדענע ברענשטאָף צעל וניץ דורך זייער צוויי-זייַטיק סטרוקטור.

איר אפעראציע פרינציפ קען פארשטאנען ווערן דורך די פאלגנדע פיר פארבונדענע פראצעסן:

ערשטנס איז דער שטראָם זאַמלונג און קאַנדאַקשאַן מעקאַניזאַם. בעת דער ברענשטאָף צעל רעאַקציע, פארלירט וואַסערשטאָף עלעקטראָנען ביי דער אַנאָדע, און די עלעקטראָנען ווערן אַרויסגעגעבן ווי מאַכט דורך דעם עקסטערנעם קרייז. די בייפּאָולאַר פּלאַטע איז פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר פירן עלעקטראָנען פון איין צעל צו דער ווייַטער. די אינטרינסיק עלעקטרישע קאַנדאַקטיוויטי פון גראַפיט קען דערגרייכן די סדר פון 10⁴ S/cm, וואָס באַדייטנד רעדוצירט אָהמישע פארלוסטן און דערמיט פֿאַרבעסערן סיסטעם עפעקטיווקייט.

צווייטנס איז דער מעכאניזם פון רעאַקטאַנט טראַנספּאָרט און פלוס פעלד קאָנטראָל. די בייפּאָולאַר פּלאַטע ייבערפלאַך איז מאַשינד מיט פּינקטלעכע פלוס קאַנאַלן צו גלייַך פאַרשפּרייטן הידראָגען און לופט און צו באַזייַטיקן וואַסער דזשענערייטאַד דורך די רעאַקציע. דער פּראָצעס איז אין עסאַנס אַ גאַז-פליסיק צוויי-פאַסע פלוס קאָנטראָל פּראָבלעם, און זיין פּלאַן גלייַך אַפעקטירט מאַסע אַריבערפירן עפעקטיווקייַט און באַטאַרייע פאָרשטעלונג פעסטקייַט.

דריטנס איז דער טערמישער פאַרוואַלטונג מעקאַניזם. ברענשטאָף צעלן דזשענערירן היץ בעת אָפּעראַציע; אויב די היץ קען נישט עפֿעקטיוו צעשפּרייט ווערן, וועט עס פֿירן צו לאָקאַליזירטע הייסע פֿלעקן און באַשנעלערן די מעמבראַן עלעקטראָוד אַלטערן. גראַפֿיט'ס אויסגעצייכנטע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי דערמעגלעכט עס צו שנעל און אייניג צעשפּרייטן היץ אין דער פלאַך, דערמיט אויפֿהאַלטן אַ סטאַביל טעמפּעראַטור פֿעלד אין דער סטאַק.

צום סוף, איז דא דער פארזיגלונג און איזאלאציע מעכאניזם. דורך סטרוקטורעלן פלאן און א קאארדינירטן פארזיגלונג סיסטעם, זיכערט די בייפאולארע פלאטע א שטרענגע צעשיידונג פון וואסערשטאף און זויערשטאף, פארמיידנדיג גאז קראס-קאנטאמינאציע. דאס ווירקט נישט נאר אויף עפעקטיווקייט נאר אויך גלייך אויף סיסטעם זיכערהייט.

אין קורצן, דער אפעראציע-פרינציפ פון גראַפיט בייפּאָולאַר פּלאַטעס איז נישט אַן איינציקער פיזישער פּראָצעס, נאָר גאַנץ דער רעזולטאַט פון דער סינערגיסטישער אינטעראַקציע פון ​​אַ מולטי-פעלד פארבונדענער סיסטעם וואָס נעמט אַרײַן עלעקטרישע, טערמישע, פלוס און סטרוקטורעלע פאַקטאָרן.

III. פארוואס אויסקלויבן גראַפיט: אן אנאליז פון וויכטיגע פיזישע אייגנשאפטן

גראַפיט איז געוואָרן אַ ברייט גענוצטער בייפּאָולאַרער פּלאַטע מאַטעריאַל, סיי היסטאָריש און סיי הייַנט, צוליב זייַנע פולשטענדיקע מעלות איבער קייפל שליסל פאָרשטעלונג מעטריקס.

אין טערמינען פון עלעקטרישע אייגנשאפטן, ווייזט גראַפיט אן אויסגעצייכנטע עלעקטרישע קאַנדאַקטיוויטי; זיין שיכטן סטרוקטור גיט א קאָנטינויִערלעכן וועג פאר עלעקטראָן טראַנספּאָרט, מאַכנדיג עס אן אידעאלן מאַטעריאַל צו טרעפן די טעכנישע ספּעציפיקאַציעס פון DOE (קאַנדאַקטיוויטי > 100 S/cm).

אין טערמינען פון כעמישע פעסטקייט, ווייזט גראַפיט אויס אויסערגעוויינלעכע קעראָוזשאַן קעגנשטעל. אין דער זויערער און הויך-פּאָטענציעלער סביבה פון ברענשטאָף צעלן, קאָראָדירן מעטאַלישע מאַטעריאַלן אָפט און פאָרמירן פּאַסיוואַציע שיכטן, דערמיט פאַרגרעסערנדיק קאָנטאַקט קעגנשטעל. אין קאַנטראַסט, גראַפיט פאַרמאָגט אַנהערשטע כעמישע אינערטקייט, וואָס ערמעגליכט לאַנג-טערמין סטאַביל אָפּעראַציע.

וועגן טערמישע אייגנשאפטן, האט גראַפיט הויכע טערמישע קאַנדאַקטיוויטי, וואָס העלפֿט דערגרייכן אַ מונדיר טעמפּעראַטור פאַרשפּרייטונג אין די סטאַק און פאַרהיט שעדיקן צו די מעמבראַן עלעקטראָד געפֿירט דורך לאָקאַליזירט אָוווערכיטינג.

דערצו, גראַפיט אָפפערט אויסגעצייכנטע גאַז באַריער אייגנשאַפטן (וואָס קענען ווייטער פֿאַרבעסערט ווערן דורך ימפּרעגנאַציע), וואָס עפֿעקטיוו פאַרהיט וואַסערשטאָף און זויערשטאָף דורכדרינגונג און זיכערט סיסטעם אָרנטלעכקייט.

אבער, פון אן אינזשעניריע פערספעקטיוו, האט גראַפיט באַדייטנדיקע לימיטאַציעס. למשל, עס איז זייער שוואַך, שווער צו פּראָצעסירן, און טיפּיש דאַרף עס אַ גרעב פון עטלעכע מילימעטער (>2–5 מם), וואָס שטערט די השתדלות צו דערגרייכן לייכטע און הויך-מאַכט-דענסיטי סטאַק דיזיינז. דעריבער, קאָמפּאָזיט גראַפיט און מעטאַל אַלטערנאַטיוון זענען ביסלעכווייַז געוואָרן אַ פאָרשונג פאָקוס אין די לעצטע יאָרן.

IV. אינדוסטריע טרענדס און צוקונפטיגע אויסזיכט

ווי די קאמערציאליזאציע פון ​​ברענשטאָף צעלן אַקסעלערירט, גייט בייפּאָולאַר פּלאַטע טעכנאָלאָגיע דורך אַ שנעלע עוואָלוציע, מיט איר אַנטוויקלונג קלאר געטריבן דורך ביידע מאַטעריאַלן און פאַבריקאַציע אַדוואַנסמאַנץ.

פון איין זייט, אין פאסאזשיר וועהיקלעך און הויך-מאַכט-דענסיטי אַפּלאַקיישאַנז, גייט די אינדוסטריע ביסלעכווייַז איבער פון טראַדיציאָנעלע גראַפיט בייפּאָולאַר פּלאַטעס צו מעטאַל בייפּאָולאַר פּלאַטעס (אַזאַ ווי ומבאַפלעקט שטאָל און טיטאַניום אַלויז). די מאַטעריאַלן קענען דערגרייכן סוב-מילימעטער גרעב, און שטעמפּל פּראָצעסן רעדוצירן באַדייטנד פּראָדוקציע קאָסטן, דערמיט מקיים די פאָדערונגען פון מאַסע פּראָדוקציע.

אויף דער אנדערער האַנט, גראַפיט קאָמפּאָזיט בייפּאָולאַר פּלאַטעס קומען אַרויס ווי אַ שליסל טראַנזישאַנאַל לייזונג. דורך ינקאָרפּערייטינג קאַנדאַקטיוו פילערז אַזאַ ווי רעסינז און טשאַד נאַנאָטובז, די מאַטעריאַלס קענען האַלטן הויך עלעקטרישע קאַנדאַקטיוויטי און קעראָוזשאַן קעגנשטעל בשעת ימפּרוווינג מעכאַנישע שטאַרקייַט און רידוסינג פּראַסעסינג קאָס.

אין דער זעלבער צייט, פארגעשריטענע פאבריקאציע טעכנאלאגיעס (ווי צוגאב פאבריקאציע) טרייבן דעם דיזיין פון בייפאולארע פלאטע שטראם קאנאלן צו גרעסערע קאמפלעקסיטעט און עפעקטיווקייט, דערמיט פארבעסערנדיג די אלגעמיינע פאָרשטעלונג און ענערגיע אויסניצן עפעקטיווקייט פון ברענשטאָף צעלן.

אויף לאַנגע טערמין, וועלן גראַפיט בייפּאָולאַר פּלאַטעס בלייבן קאָנקורענטפֿעיִק אין די פֿאָלגנדיקע געביטן:

● סטאציאנערע ענערגיע-גענעראציע סיסטעמען (וואו קאסטן און לעבנס-צייט זענען קריטישע פאקטארן)

● נידעריק-ביז-מיטל מאַכט אַפּלאַקיישאַנז

● אַלקאַליין אָדער ספּעציפֿיש אָפּערייטינג באַדינגונג עלעקטראָכעמישע סיסטעמען

אלס א פירנדיקער כינעזישער פאבריקאנט און סאַפּלייער פוןגראַפיט בייפּאָולאַר פּלאַטעס, נינגבאָ VET ענערגיע האט אנטוויקלט פארגעשריטענע גראַפיט בייפּאָולאַרע פּלאַטעס פֿאַר PEMFCs וואָס זענען קאָסטן-עפעקטיוו, העכסט קאַנדאַקטיוו, און מעכאַניש שטאַרק. VET ענערגיע אָפפערס אויך רעזין-ימפּרעסט גראַפיט מאַטעריאַלס צו דערגרייכן גאַז ימפּערמעאַביליטי און הויך שטאַרקייַט, בשעת ריטיינינג גראַפיט ס ינכעראַנט העכער עלעקטרישע און טערמאַל קאַנדאַקטיוויטי.

נאך וויכטיגער,וועטעראַן ענערגיעשטיצט קאַסטאַמייזד גראַפיט בייפּאָולאַר פּלאַטע פּלאַן רעקווירעמענץ. מיר קענען מאַשינען ביידע זייטן פון די פּלאַטעס צו שאַפֿן לויפן טשאַנאַלז, מאַשינען בלויז איין זייַט, אָדער צושטעלן אַנמאַשינען ליידיק פּלאַטעס. אַלע גראַפיט פּלאַטעס קענען זיין פּראַסעסט לויט דיין דיטיילד ספּעסאַפאַקיישאַנז. מיר קוקן פאָרויס צו דיין ווייַטער פֿראגן.