V oblasti technológie palivových článkov predstavujú grafitové bipolárne dosky základný kameň, ktorý uľahčuje efektívnu prevádzku palivových článkov oddeľovaním reakčných plynov, zberom prúdu a poskytovaním mechanickej podpory. Ako popredný dodávateľ grafitových bipolárnych platní chápeme kľúčovú úlohu, ktorú aditíva zohrávajú pri zvyšovaní výkonu, trvanlivosti a nákladovej efektívnosti týchto platní. V tomto blogu sa ponoríme do významu aditív v grafitových bipolárnych doskách a preskúmame, ako prispievajú k celkovej dokonalosti systémov palivových článkov.
Pochopenie grafitových bipolárnych platní
Predtým, ako budeme diskutovať o úlohe aditív, je nevyhnutné jasne pochopiť grafitové bipolárne platne. Tieto dosky sú zvyčajne vyrobené z grafitových materiálov kvôli ich vynikajúcej elektrickej vodivosti, chemickej stabilite a odolnosti voči korózii. Používajú sa v palivových článkoch s protónovou výmennou membránou (PEMFC), ktoré sa široko používajú v automobilových, stacionárnych a prenosných energetických aplikáciách.
Grafitové bipolárne platne sú zodpovedné za niekoľko kritických funkcií v palivovom článku. Rozdeľujú reaktantové plyny (vodík a kyslík) rovnomerne po povrchu elektródy, čím zabezpečujú účinné elektrochemické reakcie. Vedú tiež elektrický prúd generovaný reakciami palivových článkov do vonkajšieho okruhu. Okrem toho poskytujú mechanickú podporu zostave membrána - elektróda (MEA), chránia ju pred poškodením a zachovávajú štrukturálnu integritu zostavy palivových článkov.
Úloha aditív v grafitových bipolárnych doskách
1. Zlepšenie elektrickej vodivosti
Jednou z primárnych funkcií aditív v grafitových bipolárnych doskách je zvýšenie elektrickej vodivosti. Zatiaľ čo samotný grafit je dobrým vodičom elektriny, pridanie určitých vodivých prísad môže ešte viac znížiť elektrický odpor dosiek. Napríklad uhlíkové nanorúrky (CNT) a grafén sa často používajú ako prísady kvôli ich výnimočným elektrickým vlastnostiam.
CNT majú vysoký pomer strán a vynikajúcu elektrickú vodivosť, čo im umožňuje vytvárať vodivú sieť v grafitovej matrici. Táto sieť poskytuje dodatočné cesty pre transport elektrónov, čím sa znižuje celkový odpor bipolárnej platne. Grafén je na druhej strane dvojrozmerný uhlíkový materiál s vysokou mobilitou nosiča. Po začlenení do grafitových bipolárnych dosiek môže grafén výrazne zlepšiť elektrickú vodivosť v rovine a v rovine.
Zlepšením elektrickej vodivosti pomáhajú aditíva zvýšiť výkon palivového článku. Nižší odpor znamená, že pri vedení elektrického prúdu sa spotrebuje menej energie ako teplo, čo vedie k efektívnejšiemu systému palivových článkov. Toto je obzvlášť dôležité pri vysokovýkonných aplikáciách, kde je rozhodujúca minimalizácia strát energie.
2. Zlepšenie mechanických vlastností
Grafitové bipolárne platne musia mať dostatočnú mechanickú pevnosť, aby odolali mechanickému namáhaniu počas montáže, prevádzky a cyklovania palivových článkov. Prísady môžu hrať dôležitú úlohu pri zlepšovaní mechanických vlastností týchto dosiek.
Do grafitovej matrice možno pridať vláknité prísady, ako sú uhlíkové vlákna alebo sklenené vlákna, aby sa zvýšila jej pevnosť a tuhosť. Uhlíkové vlákna majú vysokú pevnosť v ťahu a modul, čo môže posilniť štruktúru grafitu a zabrániť praskaniu a deformácii. Sklenené vlákna sú na druhej strane relatívne lacné a môžu tiež poskytnúť významné mechanické spevnenie.
Okrem vláknitých prísad možno na zlepšenie tvrdosti a odolnosti grafitových bipolárnych dosiek použiť aj niektoré keramické prísady. Napríklad častice karbidu kremíka (SiC) môžu byť začlenené do grafitovej matrice na zvýšenie jej tvrdosti a zníženie opotrebenia počas prevádzky palivového článku. Toto je obzvlášť dôležité v aplikáciách, kde sú bipolárne platne vystavené vysokému tlaku a vysokému prietoku.
3. Zvýšenie odolnosti proti korózii
Prostredie palivových článkov je často drsné, s prítomnosťou korozívnych reakčných plynov a kyslých alebo alkalických elektrolytov. Grafitové bipolárne dosky musia mať dobrú odolnosť proti korózii, aby sa zabezpečila dlhodobá stabilita a spoľahlivosť. Na zvýšenie odolnosti týchto dosiek proti korózii sa môžu použiť prísady.
Na vytvorenie ochrannej vrstvy na povrchu grafitovej bipolárnej platne možno použiť prísady ušľachtilých kovov, ako je platina alebo paládium. Tieto kovy sú vysoko odolné voči korózii a môžu zabrániť oxidácii alebo korózii grafitu reaktantovými plynmi alebo elektrolytmi. Ďalším prístupom je použitie keramických prísad, ako je oxid titaničitý (TiO₂) alebo oxid zirkoničitý (ZrO2). Táto keramika môže tvoriť hustú a stabilnú vrstvu oxidu na povrchu dosky, čím poskytuje bariéru proti korózii.
Zlepšením odolnosti proti korózii môžu prísady predĺžiť životnosť grafitových bipolárnych dosiek, čím sa zníži potreba častej výmeny a údržby. Toto je obzvlášť dôležité vo veľkých aplikáciách palivových článkov, kde môžu byť prestoje a náklady na údržbu značné.
4. Optimalizácia priepustnosti plynu
Správna distribúcia plynu je nevyhnutná pre efektívnu prevádzku palivových článkov. Grafitové bipolárne platne musia mať vhodnú priepustnosť pre plyny, aby sa zabezpečilo, že plyny reaktantov môžu rovnomerne dosiahnuť povrch elektródy. Na optimalizáciu priepustnosti plynov týchto dosiek je možné použiť aditíva.
Do grafitovej matrice možno začleniť pórovité prísady, ako je aktívne uhlie alebo mezoporézny oxid kremičitý, aby sa vytvorila porézna štruktúra. Táto porézna štruktúra umožňuje plynom reaktantov ľahšie difundovať cez bipolárnu dosku, čím sa zlepšuje distribúcia plynu a účinnosť využitia. Okrem toho sa môžu použiť niektoré prísady na kontrolu veľkosti pórov a distribúcie, čím sa zabezpečí, že priepustnosť plynu je v požadovanom rozsahu.
5. Zníženie výrobných nákladov
Okrem zlepšenia výkonu môžu aditíva tiež pomôcť znížiť výrobné náklady grafitových bipolárnych dosiek. Niektoré prísady môžu byť použité na zlepšenie spracovateľnosti grafitových materiálov, čo uľahčuje výrobu vysoko kvalitných bipolárnych platní pri nižších nákladoch.
Napríklad spojivá sú typom aditíva, ktoré možno použiť na držanie grafitových častíc pohromade počas výrobného procesu. Použitím vhodných spojív možno grafitový prášok ľahšie tvarovať do požadovaného tvaru, čím sa zníži čas výroby a náklady. Okrem toho je možné použiť niektoré lacné prísady na čiastočnú náhradu drahších grafitových materiálov bez toho, aby sa výrazne znížil výkon.
Naša ponuka produktov
Ako dodávateľ grafitových bipolárnych platní ponúkame široký sortiment vysokokvalitných grafitových bipolárnych platní so starostlivo vybranými prísadami, ktoré uspokoja rôznorodé potreby našich zákazníkov. nášGrafitová bipolárna doska palivových článkovprodukty sú navrhnuté tak, aby poskytovali vynikajúcu elektrickú vodivosť, mechanickú pevnosť, odolnosť proti korózii a priepustnosť plynov.
Okrem bipolárnych platničiek dodávame aj iné grafitové produkty ako naprGrafitové základné susceptoryaGrafitový Chuck. Tieto produkty sú tiež skonštruované pomocou najnovších aditívnych technológií, aby sa zabezpečil optimálny výkon v rôznych aplikáciách.
Záver
Aditíva hrajú v grafitových bipolárnych doskách mnohostrannú a rozhodujúcu úlohu. Zvyšujú elektrickú vodivosť, zlepšujú mechanické vlastnosti, zvyšujú odolnosť proti korózii, optimalizujú priepustnosť plynov a znižujú výrobné náklady. Ako popredný dodávateľ v tejto oblasti sme odhodlaní využívať najnovšie technológie aditív na výrobu vysokovýkonných grafitových bipolárnych dosiek, ktoré spĺňajú vyvíjajúce sa potreby priemyslu palivových článkov.
Ak máte záujem o naše grafitové bipolárne platne alebo iné grafitové produkty, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali kvôli obstarávaniu a vyjednávaniu. Tešíme sa na spoluprácu pri vývoji efektívnych a udržateľných riešení palivových článkov.
Referencie
- Zhang, X. a Wang, Y. (2018). Aditíva v grafitových bipolárnych doskách pre palivové články: prehľad. Journal of Power Sources, 375, 15 - 28.
- Wang, L. a Li, J. (2019). Vplyv aditív uhlíkových nanorúrok na elektrické a mechanické vlastnosti grafitových bipolárnych platní. Uhlík, 145, 320 - 327.
- Chen, S. a Liu, H. (2020). Zlepšenie odolnosti grafitových bipolárnych dosiek proti korózii s keramickými prísadami. Electrochimica Acta, 330, 135212.