Као добављач графитних биполарних плоча, из прве руке сам био сведок замршене везе између старења и перформанси ових кључних компоненти. Графитне биполарне плоче су неопходне у горивим ћелијама, служећи као интерфејс између електрода и спољашњег кола, истовремено олакшавајући дистрибуцију реактантних гасова и уклањање производа. Разумевање ефеката старења на графитне биполарне плоче је од виталног значаја за обезбеђивање дугорочне - поузданости и ефикасности система горивних ћелија.
Физичке и хемијске промене током старења
Један од примарних ефеката старења на графитне биполарне плоче је промена њихове физичке структуре. Временом, излагање тешким радним условима унутар горивне ћелије може довести до развоја микропукотина и пора у графитном материјалу. Ове физичке промене су често резултат термичког циклуса, механичког стреса и хемијских реакција. На пример, поновљено ширење и контракција графита услед температурних варијација током рада горивне ћелије може изазвати унутрашње напрезање које на крају доведе до стварања пукотина.
Хемијски, старење такође може изазвати промене у графитним биполарним плочама. Кисела средина у горивној ћелији са мембраном-протонске размене (ПЕМФЦ), која обично садржи сумпорну киселину или фосфорну киселину, може да реагује са површином графита. Ово може довести до оксидације графита, формирајући графитне оксиде. Формирање ових оксида не само да мења хемију површине биполарне плоче већ утиче и на њену електричну проводљивост. Оксидовани графит има већу отпорност у поређењу са чистим графитом, што може смањити укупну ефикасност горивне ћелије.
Утицај на електричну проводљивост
Електрична проводљивост је критична особина графитних биполарних плоча. Како плоче старе, њихова електрична проводљивост се смањује. Микропукотине и поре настале током старења могу пореметити непрекидне путеве проводљивости унутар графита. Поред тога, формирање оксида графита на површини додатно отежава проток електрона. Смањење електричне проводљивости може довести до повећања унутрашњег отпора горивне ћелије, што резултира смањењем излазне снаге. Ово је посебно проблематично у апликацијама где је потребна велика - густина снаге, као што су системи горивних ћелија у аутомобилима.
Да бисмо илустровали ову тачку, размотримо сноп горивих ћелија са старим графитним биполарним плочама. Повећани отпор унутар биполарних плоча узрокује пад напона на димњаку, што значи да је мање електричне енергије доступно за спољну употребу. Ово не само да смањује ефикасност горивне ћелије, већ може довести и до прегревања, јер се вишак енергије расипа као топлота. Прегревање може додатно убрзати процес старења биполарних плоча и других компоненти горивних ћелија, стварајући зачарани круг.
Утицај на пропустљивост гаса
Још један значајан ефекат старења на графитне биполарне плоче је промена пропустљивости гаса. У горивој ћелији, биполарне плоче су одговорне за дистрибуцију реактантних гасова (као што су водоник и кисеоник) равномерно преко електрода. Међутим, како плоче старе, формирање микропукотина и пора може повећати пропустљивост гаса. Ово је забрињавајуће јер може довести до прелаза гаса, где реактантни гасови цуре са једне стране горивне ћелије на другу.
Укрштање гаса има неколико негативних последица. Прво, смањује ефикасност горивне ћелије трошењем реактантних гасова. Друго, може изазвати стварање мешовитих потенцијала на електродама, што може оштетити слојеве катализатора и смањити њихову активност. У екстремним случајевима, прелаз гаса може чак довести до паљења реактантних гасова, што представља опасност по безбедност.
Механички интегритет
На механички интегритет графитних биполарних плоча такође утиче старење. Развој микропукотина и пора слаби структурну чврстоћу плоча. Ово их може учинити подложнијим механичким кваровима, као што су лом или деформација, под механичким напрезањима која се јављају током склапања, рада и транспорта горивих ћелија.
На пример, током састављања горивих ћелија, биполарне плоче се често компресују између електрода и других компоненти. Ако су плоче ослабљене старењем, могу се попуцати или сломити под силом компресије. Слично томе, вибрације и удари током транспорта такође могу узроковати оштећење старих биполарних плоча.
Влажење површине
Влажење површине је важно својство графитних биполарних плоча, јер утиче на управљање водом унутар горивне ћелије. Вода је нуспроизвод електрохемијских реакција у горивној ћелији, а правилно управљање водом је кључно за одржавање перформанси ћелије. Како графитне биполарне плоче старе, њихова површинска влажност се може променити.
Оксидација површине графита током старења може повећати хидрофилност плоча. Док је одређени степен хидрофилности користан за уклањање воде, прекомерна хидрофилност може довести до поплаве воде у каналима за гас. Заливање водом може блокирати проток реактантних гасова, смањујући ефикасност горивне ћелије. С друге стране, ако површина постане превише хидрофобна због акумулације загађивача током старења, капљице воде можда неће моћи да се ефикасно уклоне са површине, што такође узрокује проблеме са перформансама.
Ублажавање ефеката старења
Као добављач графитних биполарних плоча, стално истражујемо и развијамо стратегије за ублажавање ефеката старења. Један приступ је коришћење графитних материјала високог - квалитета са бољом отпорношћу на оксидацију и механичко оптерећење. На пример, Грапхите Цхуцк и Грапхите Басе Сусцепторс направљени од напредних графитних материјала могу понудити побољшане перформансе и издржљивост.
Површински третмани се такође могу применити на биполарне плоче како би се побољшала њихова отпорност на старење. Премазивање површине графита заштитним слојем може спречити оксидацију и смањити стварање микропукотина. Поред тога, побољшање дизајна биполарних плоча може помоћи у смањењу механичких напрезања које доживљавају током рада. На пример, коришћење флексибилнијег дизајна може да прихвати термичко ширење и контракцију без изазивања превеликог напрезања.
Важност редовног праћења
Редовно праћење графитних биполарних плоча је од суштинског значаја за откривање раних знакова старења. Праћењем параметара као што су електрична проводљивост, пропустљивост гаса и механички интегритет, могуће је предвидети када ће плоче можда морати да се замене. Овај проактивни приступ може помоћи у спречавању неочекиваних кварова и обезбедити дугорочну - поузданост система горивих ћелија.
Закључак
У закључку, старење има дубок утицај на графитне биполарне плоче, утичући на њихову електричну проводљивост, пропустљивост гаса, механички интегритет и квашење површине. Ове промене могу значајно смањити перформансе и поузданост система горивних ћелија. Као добављач, посвећени смо обезбеђивању висококвалитетних - графитних биполарних плоча и развоју решења за ублажавање ефеката старења.
Ако сте заинтересовани за куповину графитних биполарних плоча или разговарате о томе како да решите проблеме старења у вашим системима горивних ћелија, добродошли смо да нас контактирате ради набавке и даљих разговора. Наш тим стручњака је спреман да вам пружи најбоља решења прилагођена вашим специфичним потребама.
Референце
Ларминие, Ј., & Дицкс, А. (2003). Објашњени системи горивих ћелија. Јохн Вилеи & Сонс.
Барбир, Ф. (2013). ПЕМ горивне ћелије: теорија и пракса. Елсевиер.
Зханг, Ј., & Зхао, ТС (2007). Управљање водом у горивним ћелијама мембране протонске размене. Јоурнал оф Повер Соурцес, 167(2), 484 - 494.