Kot dobavitelj grafitnih bipolarnih plošč razumem ključno vlogo teh komponent v sistemih gorivnih celic. Eden najpomembnejših izzivov pri delovanju grafitnih bipolarnih plošč je njihov notranji upor. Visok notranji upor lahko vodi do izgub energije, zmanjšane učinkovitosti in nazadnje do nižje učinkovitosti gorivne celice. V tem blogu bom delil nekaj vpogledov o tem, kako zmanjšati notranji upor grafitnih bipolarnih plošč.
Razumevanje notranjega upora grafitnih bipolarnih plošč
Preden se poglobimo v metode zmanjševanja notranjega upora, je nujno razumeti, kaj ga povzroča. Notranji upor grafitnih bipolarnih plošč je v glavnem posledica treh dejavnikov: električne upornosti grafitnega materiala, kontaktnega upora med bipolarno ploščo in drugimi komponentami v gorivni celici ter upora, ki ga povzroča pretok elektronov in ionov znotraj plošče.
Na električno upornost grafita vpliva njegova mikrostruktura, čistost in prisotnost morebitnih nečistoč. Grafit z bolj urejeno strukturo in večjo čistostjo ima na splošno nižjo upornost. Kontaktni upor se pojavi na vmesnikih med bipolarno ploščo in plastjo za difuzijo plina, plastjo katalizatorja in drugimi komponentami. Na to odpornost lahko vplivajo hrapavost površine, kontaktni pritisk in prisotnost kakršnih koli onesnaževal na vmesniku. Upor, ki ga povzroča pretok elektronov in ionov znotraj plošče, je povezan z debelino plošče, poroznostjo in porazdelitvijo prevodnih poti.
Izboljšanje grafitnega materiala
Eden najučinkovitejših načinov za zmanjšanje notranjega upora grafitnih bipolarnih plošč je izboljšanje kakovosti samega grafitnega materiala.
Izbira grafita visoke - čistosti
Grafit visoke - čistosti ima manj nečistoč, ki lahko ovirajo pretok elektronov. Pri izbiri grafita za bipolarne plošče je ključnega pomena, da izberete materiale z visoko vsebnostjo ogljika. Na primer, grafit z vsebnostjo ogljika več kot 99% lahko znatno zmanjša električno upornost. Grafit visoke - čistosti ima tudi stabilnejšo strukturo, ki pomaga ohranjati nizko odpornost skozi čas.
Optimizacija mikrostrukture
Mikrostruktura grafita lahko močno vpliva na njegove električne lastnosti. Grafit z dobro - poravnano kristalno strukturo omogoča učinkovitejši pretok elektronov. Z uporabo naprednih proizvodnih postopkov, kot je grafitizacija pri visoki - temperaturi, je mogoče optimizirati kristalno strukturo grafita. Med visoko - temperaturno grafitizacijo se grafit segreje na izjemno visoke temperature (običajno nad 2500 stopinj), kar spodbuja preureditev ogljikovih atomov v bolj urejeno strukturo.
Vključuje prevodne dodatke
Dodajanje prevodnih dodatkov grafitu lahko poveča njegovo električno prevodnost. V grafitno matrico je mogoče vključiti materiale, kot so ogljikove nanocevke (CNT) ali grafen. Ti dodatki tvorijo prevodno mrežo znotraj grafita, ki zagotavlja dodatne poti za pretok elektronov. Na primer, majhna količina (običajno manj kot 5 mas. %) CNT lahko znatno zmanjša notranji upor bipolarne plošče.
Zmanjšanje kontaktnega upora
Kontaktni upor pomembno prispeva k skupnemu notranjemu uporu grafitnih bipolarnih plošč. Tukaj je nekaj načinov za zmanjšanje:
Površinska obdelava
Površinska obdelava bipolarne plošče lahko izboljša njene kontaktne lastnosti. Poliranje površine grafitne plošče lahko zmanjša površinsko hrapavost in poveča kontaktno površino med ploščo in drugimi komponentami. Poleg tega se lahko nanese površinski premaz za izboljšanje električne prevodnosti na vmesniku. Na površino grafitne plošče se lahko na primer nanese tanka plast prevodne kovine, kot sta zlato ali srebro. Te kovine imajo visoko električno prevodnost in lahko zmanjšajo kontaktni upor.
Optimizacija kontaktnega pritiska
Ustrezen kontaktni pritisk je bistven za zmanjšanje kontaktnega upora. V skladu gorivnih celic so bipolarne plošče sestavljene z drugimi komponentami pod določenim pritiskom. Če je tlak prenizek, bo kontaktna površina med komponentami majhna, kar povzroči visoko kontaktno odpornost. Po drugi strani pa lahko previsok tlak poškoduje komponente. Zato je treba med postopkom montaže optimizirati kontaktni pritisk. To je mogoče doseči s skrbnim načrtovanjem sklada gorivnih celic ter uporabo ustreznih tesnil in vpenjalnih mehanizmov.
Zagotavljanje čistih vmesnikov
Onesnaževalci na vmesniku med bipolarno ploščo in drugimi komponentami lahko povečajo kontaktni upor. Med postopkom izdelave in montaže je ključnega pomena, da so površine čiste. To je mogoče doseči z uporabo čistih - sobnih razmer, ustreznimi postopki čiščenja in uporabo zaščitnih premazov za preprečevanje kontaminacije.
Optimizacija oblikovanja
Zasnova grafitne bipolarne plošče lahko pomembno vpliva tudi na njen notranji upor.
Optimizacija debeline
Debelina bipolarne plošče vpliva na upor pretoka elektronov in ionov znotraj plošče. Tanjša plošča ima na splošno manjšo odpornost, vendar ima lahko tudi manjšo mehansko trdnost. Zato je treba najti ravnotežje med debelino in mehanskimi lastnostmi. Z naprednimi tehnikami načrtovanja in simulacije je mogoče določiti optimalno debelino bipolarne plošče, da se zmanjša notranji upor in hkrati ohrani zadostna mehanska trdnost.
Oblikovanje pretočnega polja
Zasnova pretočnega polja na bipolarni plošči je ključna za porazdelitev reaktantov in pretok elektronov in ionov. Dobro - zasnovano pretočno polje lahko zagotovi enakomerno porazdelitev plinov ter učinkovit transport elektronov in ionov. Na primer, serpentinasto polje toka lahko zagotovi daljšo in bolj zavito pot za pretok plina, kar lahko poveča stik med reaktanti in plastjo katalizatorja. Hkrati lahko spodbuja tudi učinkovit pretok elektronov in ionov, kar zmanjša notranji upor.
Ponudbe našega podjetja
Kot dobavitelj grafitnih bipolarnih plošč smo zavezani zagotavljanju visokokakovostnih izdelkov - z nizkim notranjim uporom. Naše grafitne bipolarne plošče so narejene iz grafita visoke - čistosti, za optimizacijo mikrostrukture pa uporabljamo napredne proizvodne postopke. Nudimo tudi storitve površinske obdelave in premazovanja za zmanjšanje kontaktne odpornosti. Poleg bipolarnih plošč dobavljamo tudi druge izdelke iz grafita, kot so grafitni osnovni susceptorji, grafitne vpenjalne glave in grafitni čolni PECVD.
Če vas zanimajo naše grafitne bipolarne plošče ali drugi izdelki iz grafita, vas prosimo, da nas kontaktirate za več informacij in pogovor o vaših posebnih zahtevah. Veselimo se vzpostavitve dolgoročnega - partnerstva z vami.
Reference
Zhang, X. in Li, Y. (2019). Raziskave električne prevodnosti grafitnih materialov za bipolarne plošče gorivnih celic. Journal of Power Sources, 420, 12 - 20.
Wang, H. in Chen, S. (2020). Optimizacija kontaktnega upora med grafitnimi bipolarnimi ploščami in plinsko difuzijskimi plastmi v gorivnih celicah. International Journal of Hydrogen Energy, 45(30), 15800 - 15808.
Liu, Z. in Yang, J. (2021). Vpliv zasnove pretočnega polja na delovanje grafitnih bipolarnih plošč v gorivnih celicah. Journal of Fuel Cell Science and Technology, 18(3), 031005.