Kot dobavitelj grafitnih bipolarnih plošč se pogosto srečujem s poizvedbami o zahtevah glede površinske hrapavosti za te ključne komponente. V tem blogu se bom poglobil v pomen površinske hrapavosti grafitnih bipolarnih plošč, posebne zahteve in kako vpliva na delovanje gorivnih celic.
Vloga grafitnih bipolarnih plošč v gorivnih celicah
Gorivne celice so elektrokemične naprave, ki pretvorijo kemično energijo goriva, kot je vodik, neposredno v električno energijo. Grafitne bipolarne plošče igrajo ključno vlogo v sistemih gorivnih celic. Služijo več funkcijam, vključno z ločevanjem anodnega in katodnega prostora, distribucijo reaktantov (vodika in kisika), zbiranjem in prevajanjem električnega toka ter zagotavljanjem mehanske podpore membranskemu - elektrodnemu sklopu (MEA).
Pomen hrapavosti površine
Površinska hrapavost grafitnih bipolarnih plošč močno vpliva na splošno delovanje in vzdržljivost gorivnih celic. Tukaj je nekaj ključnih vidikov:
Distribucija plina
Kanali na površini bipolarnih plošč so odgovorni za enakomerno porazdelitev reaktantov po MEA. Ustrezna hrapavost površine lahko izboljša značilnosti pretoka plina. Če je površina preveč gladka, se plin morda ne bo dobro oprijel sten kanala, kar bo povzročilo neenakomerno porazdelitev. Po drugi strani pa lahko preveč hrapava površina povzroči čezmerne padce tlaka, kar lahko zmanjša učinkovitost dovajanja plina.
Vodarstvo
V gorivnih celicah z membrano za izmenjavo protonov - (PEMFC) je voda stranski - produkt elektrokemične reakcije. Učinkovito ravnanje z vodo je ključnega pomena za preprečevanje poplavljanja elektrod, ki lahko blokirajo poti plina in zmanjšajo delovanje celice. Površinska hrapavost bipolarnih plošč vpliva na omočljivost in lastnosti transporta vode. Dobro - nadzorovana hrapavost površine lahko pospeši odvajanje vode iz elektrod in kanalov, kar zagotavlja stalen dostop plina do reakcijskih mest.
Električni kontakt
Grafitne bipolarne plošče morajo vzpostaviti dober električni stik z MEA in drugimi komponentami v skladu gorivnih celic. Hrapavost površine vpliva na kontaktni upor med bipolarno ploščo in MEA. Površina z ustrezno hrapavostjo lahko poveča dejansko kontaktno površino, zmanjša električni upor in izboljša celotno električno prevodnost gorivne celice.
Zahteve glede hrapavosti površine
Zahteve glede površinske hrapavosti za grafitne bipolarne plošče so običajno določene glede na parametre, kot so Ra (aritmetična sredina odstopanja profila), Rz (največja višina profila) itd.
Ra vrednost
Vrednost Ra je pogosto uporabljen parameter za opis hrapavosti površine. Za grafitne bipolarne plošče se vrednost Ra običajno giblje od 0,5 do 5 mikrometrov. Nižja vrednost Ra (npr. okoli 0.5 - 1 mikrometra) bo morda potrebna za aplikacije, kjer sta ključnega pomena visoka - natančna porazdelitev plina in nizek kontaktni upor, na primer v visoko zmogljivih gorivnih celicah za avtomobilsko ali vesoljsko uporabo. Nasprotno pa je za manj zahtevne aplikacije, kot je stacionarna proizvodnja električne energije, lahko sprejemljiva nekoliko višja vrednost Ra (do 5 mikrometrov).
Rz vrednost
Vrednost Rz daje informacijo o največji višinski razliki med vrhovi in dolinami na površini. Na splošno je vrednost Rz za grafitne bipolarne plošče v območju od 5 do 20 mikrometrov. Dobro - definirana vrednost Rz pomaga zagotoviti, da ima površina ustrezno strukturo za plin in vodo ter električni stik.
Proizvodni procesi in kontrola površinske hrapavosti
Za izpolnitev zahtev glede površinske hrapavosti se pri izdelavi grafitnih bipolarnih plošč uporabljajo različni proizvodni postopki.
Strojna obdelava
Obdelovalni postopki, kot so rezkanje, struženje in brušenje, se običajno uporabljajo za oblikovanje bipolarnih plošč in nadzor hrapavosti površine. S skrbno izbiro rezalnih orodij, rezalnih parametrov (npr. rezalne hitrosti, pomika in globine reza) ter vrste obdelovalnega procesa lahko dosežemo želeno hrapavost površine. Na primer, fino brušenje lahko proizvede razmeroma gladko površino z nizko vrednostjo Ra.
Površinska obdelava
Po strojni obdelavi se lahko uporabijo postopki površinske obdelave za nadaljnje spreminjanje hrapavosti površine. Premaz je ena od takih metod. Na površino bipolarne plošče lahko nanesete tanek premaz, da izboljšate njeno hidrofobnost ali prevodnost. Postopek nanašanja premaza se lahko uporablja tudi za prilagajanje hrapavosti površine v določenem območju.
Vpliv hrapavosti površine, ki ni skladna s -
Če površinska hrapavost grafitnih bipolarnih plošč ne izpolnjuje zahtev, lahko povzroči več težav pri delovanju gorivnih celic.
Zmanjšana učinkovitost
Neenakomerna porazdelitev plina zaradi nepravilne hrapavosti površine lahko povzroči nepopolne elektrokemične reakcije, kar zmanjša splošno učinkovitost gorivne celice. Poleg tega lahko visoka kontaktna odpornost, ki jo povzroči neustrezna tekstura površine, povzroči izgube moči.
Skrajšana življenjska doba
Slabo ravnanje z vodo zaradi nepravilne hrapavosti površine lahko povzroči poplavljanje elektrod, kar lahko sčasoma poškoduje MEA. To lahko znatno skrajša življenjsko dobo gorivne celice in poveča stroške vzdrževanja.
Sorodni grafitni izdelki
Poleg grafitnih bipolarnih plošč ponujamo tudi druge - visokokakovostne grafitne izdelke, kot so grafitne vpenjalne glave in grafitne podnožja. Ti izdelki se pogosto uporabljajo tudi v fotovoltaični in polprevodniški industriji s strogim nadzorom kakovosti površinske hrapavosti in drugih lastnosti.
Zaključek
Površinska hrapavost grafitnih bipolarnih plošč je ključni dejavnik, ki vpliva na zmogljivost, učinkovitost in življenjsko dobo gorivnih celic. Kot dobavitelj razumemo pomen izpolnjevanja posebnih zahtev glede hrapavosti površine za različne aplikacije. Naši napredni proizvodni procesi in strog nadzor kakovosti zagotavljajo, da naši izdelki z grafitno bipolarno ploščo z gorivnimi celicami izpolnjujejo najvišje standarde.
Če vas zanimajo naše grafitne bipolarne plošče ali imate posebne zahteve glede površinske hrapavosti ali drugih lastnosti, vas prosimo, da nas kontaktirate za nabavo in nadaljnje pogovore. Zavezani smo, da vam zagotovimo najboljše rešitve za vaše aplikacije z gorivnimi celicami.
Reference
"Fuel Cell Systems Explained" avtorja Jeremy Larminie in Andrew Dicks.
»Handbook of Fuel Cells - Fundamentals, Technology, and Applications«, ki so ga uredili Wolf Vielstich, Arnold Lamm in Hubert A. Gasteiger.