Kao dobavljač grafitnih bipolarnih ploča, razumijem ključnu ulogu koju ove komponente imaju u sustavima gorivih ćelija. Jedan od najznačajnijih izazova u radu grafitnih bipolarnih ploča je njihov unutarnji otpor. Visoki unutarnji otpor može dovesti do gubitaka energije, smanjene učinkovitosti i naposljetku do slabijeg učinka gorive ćelije. U ovom postu na blogu podijelit ću neke uvide o tome kako smanjiti unutarnji otpor grafitnih bipolarnih ploča.
Razumijevanje unutarnjeg otpora grafitnih bipolarnih ploča
Prije nego što se zadubimo u metode smanjenja unutarnjeg otpora, bitno je razumjeti što ga uzrokuje. Unutarnji otpor grafitnih bipolarnih ploča uglavnom je posljedica tri čimbenika: električnog otpora grafitnog materijala, kontaktnog otpora između bipolarne ploče i drugih komponenti u gorivnoj ćeliji i otpora uzrokovanog protokom elektrona i iona unutar ploče.
Na električni otpor grafita utječe njegova mikrostruktura, čistoća i prisutnost bilo kakvih nečistoća. Grafit s uređenijom strukturom i većom čistoćom općenito ima manji otpor. Kontaktni otpor javlja se na sučeljima između bipolarne ploče i sloja difuzije plina, sloja katalizatora i drugih komponenti. Na ovu otpornost može utjecati hrapavost površine, kontaktni pritisak i prisutnost bilo kakvih kontaminanata na sučelju. Otpor uzrokovan protokom elektrona i iona unutar ploče povezan je s debljinom ploče, poroznošću i raspodjelom vodljivih staza.
Poboljšanje grafitnog materijala
Jedan od najučinkovitijih načina za smanjenje unutarnjeg otpora grafitnih bipolarnih ploča je poboljšanje kvalitete samog grafitnog materijala.
Odabir grafita visoke - čistoće
Grafit visoke - čistoće ima manje nečistoća koje mogu spriječiti protok elektrona. Prilikom odabira grafita za bipolarne ploče ključno je odabrati materijale s visokim udjelom ugljika. Na primjer, grafit s udjelom ugljika od preko 99% može značajno smanjiti električni otpor. Grafit visoke - čistoće također ima stabilniju strukturu, što pomaže u održavanju niske otpornosti tijekom vremena.
Optimiziranje mikrostrukture
Mikrostruktura grafita može imati dubok utjecaj na njegova električna svojstva. Grafit s dobro - poravnatom kristalnom strukturom omogućuje učinkovitiji protok elektrona. Upotrebom naprednih proizvodnih procesa kao što je grafitizacija na visokim - temperaturama, kristalna struktura grafita može se optimizirati. Tijekom grafitizacije na visokim - temperaturama, grafit se zagrijava do ekstremno visokih temperatura (obično iznad 2500 stupnjeva), što potiče preraspodjelu ugljikovih atoma u uređeniju strukturu.
Sadrži vodljive aditive
Dodavanje vodljivih aditiva grafitu može povećati njegovu električnu vodljivost. Materijali poput ugljikovih nanocijevi (CNT) ili grafena mogu se ugraditi u grafitnu matricu. Ovi aditivi tvore vodljivu mrežu unutar grafita, osiguravajući dodatne putove za protok elektrona. Na primjer, mala količina (obično manje od 5% težine) CNT može značajno smanjiti unutarnji otpor bipolarne ploče.
Smanjenje kontaktnog otpora
Kontaktni otpor značajno pridonosi ukupnom unutarnjem otporu grafitnih bipolarnih ploča. Evo nekoliko načina da ga smanjite:
Površinska obrada
Površinska obrada bipolarne ploče može poboljšati njezina kontaktna svojstva. Poliranje površine grafitne ploče može smanjiti hrapavost površine, povećavajući kontaktnu površinu između ploče i ostalih komponenti. Dodatno, može se nanijeti površinski premaz za povećanje električne vodljivosti na sučelju. Na primjer, tanak sloj vodljivog metala kao što je zlato ili srebro može se nanijeti na površinu grafitne ploče. Ovi metali imaju visoku električnu vodljivost i mogu smanjiti kontaktni otpor.
Optimiziranje kontaktnog pritiska
Odgovarajući kontaktni pritisak ključan je za smanjenje kontaktnog otpora. U nizu gorivih ćelija, bipolarne ploče se spajaju s drugim komponentama pod određenim pritiskom. Ako je tlak prenizak, kontaktna površina između komponenti bit će mala, što će rezultirati velikim kontaktnim otporom. S druge strane, ako je tlak previsok, može oštetiti komponente. Stoga je potrebno optimizirati kontaktni pritisak tijekom procesa montaže. To se može postići pažljivim projektiranjem sklopa gorivih ćelija i korištenjem odgovarajućih brtvi i mehanizama za stezanje.
Osiguravanje čistih sučelja
Zagađivači na sučelju između bipolarne ploče i drugih komponenti mogu povećati kontaktni otpor. Tijekom procesa proizvodnje i montaže, važno je održavati površine čistima. To se može postići korištenjem čistih - sobnih uvjeta, pravilnim postupcima čišćenja i upotrebom zaštitnih premaza za sprječavanje kontaminacije.
Optimizacija dizajna
Dizajn grafitne bipolarne ploče također može imati značajan utjecaj na njen unutarnji otpor.
Optimizacija debljine
Debljina bipolarne ploče utječe na otpor protoka elektrona i iona unutar ploče. Tanja ploča općenito ima manji otpor, ali može imati i manju mehaničku čvrstoću. Stoga je potrebno pronaći ravnotežu između debljine i mehaničkih svojstava. Putem naprednih tehnika dizajna i simulacije može se odrediti optimalna debljina bipolarne ploče kako bi se minimalizirao unutarnji otpor uz održavanje dovoljne mehaničke čvrstoće.
Dizajn polja protoka
Dizajn polja protoka na bipolarnoj ploči ključan je za distribuciju reaktantnih plinova i protok elektrona i iona. Dobro - dizajnirano polje protoka može osigurati jednoliku distribuciju plinova i učinkovit prijenos elektrona i iona. Na primjer, zmijolično polje protoka može pružiti duži i zavojitiji put za protok plina, što može poboljšati kontakt između reaktantnih plinova i sloja katalizatora. U isto vrijeme, također može promovirati učinkovit protok elektrona i iona, smanjujući unutarnji otpor.
Ponude naše tvrtke
Kao dobavljač grafitnih bipolarnih ploča, predani smo pružanju proizvoda visoke - kvalitete s malim unutarnjim otporom. Naše grafitne bipolarne ploče izrađene su od grafita visoke - čistoće, a mi koristimo napredne proizvodne procese za optimizaciju mikrostrukture. Također nudimo usluge površinske obrade i premazivanja za smanjenje kontaktne otpornosti. Uz bipolarne ploče, isporučujemo i druge proizvode od grafita kao što su grafitne baze, grafitne stezne glave i PECVD grafitne čamce.
Ako ste zainteresirani za naše grafitne bipolarne ploče ili druge proizvode od grafita, slobodno nas kontaktirajte za više informacija i raspravu o vašim specifičnim zahtjevima. Veselimo se uspostavljanju dugoročnog - partnerstva s vama.
Reference
Zhang, X. i Li, Y. (2019). Istraživanje električne vodljivosti grafitnih materijala za bipolarne ploče gorivih ćelija. Journal of Power Sources, 420, 12 - 20.
Wang, H. i Chen, S. (2020). Optimizacija kontaktnog otpora između grafitnih bipolarnih ploča i plinodifuzijskih slojeva u gorivim ćelijama. Međunarodni časopis za vodikovu energiju, 45(30), 15800 - 15808.
Liu, Z. i Yang, J. (2021). Utjecaj dizajna strujnog polja na performanse grafitnih bipolarnih ploča u gorivim ćelijama. Časopis za znanost i tehnologiju gorivih ćelija, 18(3), 031005.