Като доставчик на графитни биполярни плочи, бях свидетел от първа ръка на сложната връзка между стареенето и работата на тези ключови компоненти. Графитните биполярни плочи са от съществено значение в горивните клетки, служейки като интерфейс между електродите и външната верига, като същевременно улесняват разпределението на реактивните газове и отстраняването на продуктите. Разбирането на ефектите от стареенето върху графитните биполярни плочи е жизненоважно за осигуряване на дългосрочна - надеждност и ефективност на системите с горивни клетки.
Физически и химични промени по време на стареене
Един от основните ефекти от стареенето върху графитните биполярни плочи е промяната на тяхната физическа структура. С течение на времето излагането на тежките работни условия в горивната клетка може да доведе до развитие на микро - пукнатини и пори в графитния материал. Тези физически промени често са резултат от топлинен цикъл, механичен стрес и химични реакции. Например, повтарящото се разширяване и свиване на графита поради температурни промени по време на работа на горивна клетка може да причини вътрешни напрежения, които в крайна сметка да доведат до образуване на пукнатини.
Химически, стареенето може също да предизвика промени в графитните биполярни плочи. Киселинната среда в горивна клетка с протонна - мембрана (PEMFC), която обикновено съдържа сярна киселина или фосфорна киселина, може да реагира с графитната повърхност. Това може да доведе до окисляване на графита, образувайки графитни оксиди. Образуването на тези оксиди не само променя повърхностната химия на биполярната плоча, но също така влияе върху нейната електрическа проводимост. Оксидираният графит има по-висока устойчивост в сравнение с чистия графит, което може да намали общата ефективност на горивната клетка.
Въздействие върху електрическата проводимост
Електрическата проводимост е критично свойство на графитните биполярни плочи. Тъй като плочите стареят, тяхната електрическа проводимост има тенденция да намалява. Микро - пукнатини и пори, образувани по време на стареене, могат да нарушат непрекъснатите пътища на проводимост в графита. Освен това, образуването на графитни оксиди на повърхността допълнително възпрепятства потока на електрони. Намаляването на електрическата проводимост може да доведе до увеличаване на вътрешното съпротивление на горивната клетка, което води до намаляване на изходната мощност. Това е особено проблематично в приложения, където се изисква висока - плътност на мощността, като например в автомобилни системи с горивни клетки.
За да илюстрираме тази гледна точка, нека разгледаме купчина горивни клетки със стари графитни биполярни плочи. Увеличеното съпротивление в рамките на биполярните плочи причинява спад на напрежението в стека, което означава, че по-малко електрическа енергия е достъпна за външна употреба. Това не само намалява ефективността на горивната клетка, но също така може да доведе до прегряване, тъй като излишната енергия се разсейва като топлина. Прегряването може допълнително да ускори процеса на стареене на биполярните пластини и другите компоненти на горивните клетки, създавайки порочен кръг.
Влияние върху газопропускливостта
Друг важен ефект от стареенето върху графитни биполярни плочи е промяната в газопропускливостта. В горивната клетка биполярните плочи са отговорни за равномерното разпределение на реактивните газове (като водород и кислород) през електродите. Въпреки това, когато плочите стареят, образуването на микро - пукнатини и пори може да увеличи газопропускливостта. Това е повод за безпокойство, тъй като може да доведе до преминаване на газ -, при което реагентните газове изтичат от едната страна на горивната клетка към другата.
Преминаването на газ - има няколко отрицателни последици. Първо, намалява ефективността на горивната клетка, като губи реактивните газове. Второ, може да причини образуването на смесен потенциал при електродите, което може да повреди слоевете на катализатора и да намали тяхната активност. В екстремни случаи преминаването на газ - може дори да доведе до запалване на реактивните газове, което представлява опасност за безопасността.
Механична цялост
Механичната цялост на графитните биполярни плочи също се влияе от стареенето. Развитието на микро - пукнатини и пори отслабва структурната здравина на плочите. Това може да ги направи по-податливи на механична повреда, като счупване или деформация, под въздействието на механичните напрежения, изпитвани по време на сглобяването, работата и транспортирането на горивни клетки.
Например, по време на сглобяването на купчина горивни клетки, биполярните плочи често се компресират между електродите и другите компоненти. Ако плочите са били отслабени от стареене, те могат да се напукат или счупят под силата на натиск. По същия начин вибрациите и ударите по време на транспортиране също могат да причинят повреда на старите биполярни плочи.
Омокряемост на повърхността
Омокряемостта на повърхността е важно свойство на графитните биполярни плочи, тъй като влияе върху управлението на водата в горивната клетка. Водата е страничен - продукт на електрохимичните реакции в горивната клетка и правилното управление на водата е от решаващо значение за поддържане на ефективността на клетката. Тъй като графитните биполярни плочи стареят, тяхната повърхностна омокряемост може да се промени.
Окисляването на графитната повърхност по време на стареене може да увеличи хидрофилността на плочите. Докато известна степен на хидрофилност е полезна за отстраняване на вода, прекомерната хидрофилност може да доведе до наводняване на вода в газовите канали. Наводняването с вода може да блокира потока на реактивните газове, намалявайки ефективността на горивната клетка. От друга страна, ако повърхността стане твърде хидрофобна поради натрупването на замърсители по време на стареене, капчиците вода може да не успеят да бъдат ефективно отстранени от повърхността, което също причинява проблеми с производителността.
Намаляване на ефектите от стареенето
Като доставчик на графитни биполярни плочи, ние непрекъснато проучваме и разработваме стратегии за смекчаване на ефектите от стареенето. Един подход е да се използват графитни материали с високо - качество с по-добра устойчивост на окисляване и механично натоварване. Например графитният патронник и графитните базови фиксатори, направени от усъвършенствани графитни материали, могат да предложат подобрена производителност и издръжливост.
Повърхностни обработки могат също да бъдат приложени към биполярните плочи, за да се подобри тяхната устойчивост на стареене. Покриването на графитната повърхност със защитен слой може да предотврати окисляването и да намали образуването на микро - пукнатини. Освен това, подобряването на дизайна на биполярните плочи може да помогне за намаляване на механичните напрежения, които изпитват по време на работа. Например, използването на по-гъвкав дизайн може да поеме термично разширение и свиване, без да причинява прекомерно напрежение.
Значението на редовното наблюдение
Редовното наблюдение на графитните биполярни плочи е от съществено значение за откриване на ранните признаци на стареене. Чрез наблюдение на параметри като електрическа проводимост, газопропускливост и механична цялост е възможно да се предвиди кога може да се наложи смяна на плочите. Този проактивен подход може да помогне за предотвратяване на неочаквани повреди и да осигури дългосрочна - надеждност на системата с горивни клетки.
Заключение
В заключение, стареенето има дълбок ефект върху графитните биполярни плочи, като влияе върху тяхната електрическа проводимост, газопропускливост, механична цялост и омокряемост на повърхността. Тези промени могат значително да намалят производителността и надеждността на системите с горивни клетки. Като доставчик, ние се ангажираме да предоставяме висококачествени - графитни биполярни плочи и да разработваме решения за смекчаване на ефектите от стареенето.
Ако се интересувате от закупуване на графитни биполярни пластини или обсъждане как да се справите с проблемите на стареенето във вашите системи с горивни клетки, приветстваме ви да се свържете с нас за доставка и допълнителни дискусии. Нашият екип от експерти е готов да ви предостави най-добрите решения, съобразени с вашите специфични нужди.
Референции
Larminie, J., & Dicks, A. (2003). Обяснение на системите с горивни клетки. Джон Уайли и синове.
Барбир, Ф. (2013). PEM горивни клетки: теория и практика. Elsevier.
Zhang, J. & Zhao, TS (2007). Управление на водата в горивни клетки с протонна обменна мембрана. Journal of Power Sources, 167 (2), 484 - 494.