Als leverancier van bipolaire grafietplaten begrijp ik de cruciale rol die deze componenten spelen in brandstofcelsystemen. Een van de belangrijkste uitdagingen bij de prestaties van bipolaire grafietplaten is hun interne weerstand. Hoge interne weerstand kan leiden tot energieverliezen, verminderde efficiëntie en uiteindelijk tot lagere prestaties van de brandstofcel. In deze blogpost zal ik enkele inzichten delen over hoe je de interne weerstand van bipolaire grafietplaten kunt verminderen.
Inzicht in de interne weerstand van bipolaire grafietplaten
Voordat we ons verdiepen in de methoden om interne weerstand te verminderen, is het essentieel om te begrijpen wat de oorzaak ervan is. De interne weerstand van bipolaire grafietplaten is voornamelijk te wijten aan drie factoren: de elektrische weerstand van het grafietmateriaal, de contactweerstand tussen de bipolaire plaat en andere componenten in de brandstofcel, en de weerstand veroorzaakt door de stroom van elektronen en ionen in de plaat.
De elektrische weerstand van grafiet wordt beïnvloed door de microstructuur, zuiverheid en de aanwezigheid van eventuele onzuiverheden. Grafiet met een meer geordende structuur en hogere zuiverheid heeft over het algemeen een lagere soortelijke weerstand. Contactweerstand treedt op op de grensvlakken tussen de bipolaire plaat en de gasdiffusielaag, de katalysatorlaag en andere componenten. Deze weerstand kan worden beïnvloed door de oppervlakteruwheid, contactdruk en de aanwezigheid van eventuele verontreinigingen op het grensvlak. De weerstand veroorzaakt door de stroom van elektronen en ionen in de plaat houdt verband met de dikte, porositeit en de verdeling van de geleidende paden van de plaat.
Verbetering van het grafietmateriaal
Een van de meest effectieve manieren om de interne weerstand van bipolaire grafietplaten te verminderen, is het verbeteren van de kwaliteit van het grafietmateriaal zelf.
Grafiet met een hoge zuiverheid van - selecteren
Grafiet met hoge - zuiverheid heeft minder onzuiverheden die de stroom van elektronen kunnen belemmeren. Bij het selecteren van grafiet voor bipolaire platen is het van cruciaal belang om materialen met een hoog koolstofgehalte te kiezen. Grafiet met een koolstofgehalte van meer dan 99% kan bijvoorbeeld de elektrische weerstand aanzienlijk verminderen. Grafiet met hoge - zuiverheid heeft ook een stabielere structuur, waardoor de weerstand in de loop van de tijd laag blijft.
Het optimaliseren van de microstructuur
De microstructuur van grafiet kan een diepgaande invloed hebben op de elektrische eigenschappen ervan. Grafiet met een goed - uitgelijnde kristalstructuur zorgt voor een efficiëntere elektronenstroom. Door geavanceerde productieprocessen te gebruiken, zoals grafitisering bij hoge - temperaturen, kan de kristalstructuur van grafiet worden geoptimaliseerd. Tijdens grafitisering bij hoge - temperaturen wordt het grafiet verwarmd tot extreem hoge temperaturen (meestal boven 2500 graden), wat de herschikking van koolstofatomen in een meer geordende structuur bevordert.
Met geleidende additieven
Het toevoegen van geleidende additieven aan het grafiet kan de elektrische geleidbaarheid ervan verbeteren. Materialen zoals koolstofnanobuisjes (CNT's) of grafeen kunnen in de grafietmatrix worden opgenomen. Deze additieven vormen een geleidend netwerk binnen het grafiet, waardoor extra paden voor de elektronenstroom ontstaan. Een kleine hoeveelheid (meestal minder dan 5% van het gewicht) CNT's kan bijvoorbeeld de interne weerstand van de bipolaire plaat aanzienlijk verminderen.
Contactweerstand verminderen
Contactweerstand levert een belangrijke bijdrage aan de algehele interne weerstand van bipolaire grafietplaten. Hier zijn enkele manieren om dit te verminderen:
Oppervlaktebehandeling
Oppervlaktebehandeling van de bipolaire plaat kan de contacteigenschappen ervan verbeteren. Het polijsten van het oppervlak van de grafietplaat kan de oppervlakteruwheid verminderen, waardoor het contactoppervlak tussen de plaat en andere componenten toeneemt. Bovendien kan oppervlaktecoating worden aangebracht om de elektrische geleidbaarheid op het grensvlak te verbeteren. Er kan bijvoorbeeld een dunne laag van een geleidend metaal zoals goud of zilver worden afgezet op het oppervlak van de grafietplaat. Deze metalen hebben een hoge elektrische geleidbaarheid en kunnen de contactweerstand verminderen.
Contactdruk optimaliseren
Een goede contactdruk is essentieel voor het minimaliseren van de contactweerstand. In een brandstofcelstapel worden de bipolaire platen onder een bepaalde druk samengebouwd met andere componenten. Als de druk te laag is, zal het contactoppervlak tussen de componenten klein zijn, wat resulteert in een hoge contactweerstand. Aan de andere kant, als de druk te hoog is, kunnen de componenten beschadigd raken. Daarom is het noodzakelijk om de contactdruk tijdens het assemblageproces te optimaliseren. Dit kan worden bereikt door een zorgvuldig ontwerp van de brandstofcelstapel en het gebruik van geschikte pakkingen en klemmechanismen.
Zorgen voor schone interfaces
Verontreinigingen op het grensvlak tussen de bipolaire plaat en andere componenten kunnen de contactweerstand verhogen. Tijdens het productie- en montageproces is het van cruciaal belang om de oppervlakken schoon te houden. Dit kan worden bereikt door gebruik te maken van schone - kameromstandigheden, de juiste reinigingsprocedures en het gebruik van beschermende coatings om besmetting te voorkomen.
Ontwerpoptimalisatie
Het ontwerp van de bipolaire grafietplaat kan ook een aanzienlijke invloed hebben op de interne weerstand.
Dikteoptimalisatie
De dikte van de bipolaire plaat beïnvloedt de weerstand van de elektronen- en ionenstroom binnen de plaat. Een dunnere plaat heeft over het algemeen een lagere weerstand, maar kan ook een lagere mechanische sterkte hebben. Daarom moet er een evenwicht worden gevonden tussen dikte en mechanische eigenschappen. Door middel van geavanceerde ontwerp- en simulatietechnieken kan de optimale dikte van de bipolaire plaat worden bepaald om de interne weerstand te minimaliseren en tegelijkertijd voldoende mechanische sterkte te behouden.
Stroomveldontwerp
Het stromingsveldontwerp op de bipolaire plaat is cruciaal voor de distributie van reactantgassen en de stroom van elektronen en ionen. Een goed - ontworpen stromingsveld kan een uniforme verdeling van gassen en een efficiënt elektronen- en ionentransport garanderen. Een kronkelig stromingsveld kan bijvoorbeeld zorgen voor een langer en kronkeliger pad voor de gasstroom, wat het contact tussen de reactantgassen en de katalysatorlaag kan verbeteren. Tegelijkertijd kan het ook de efficiënte stroom van elektronen en ionen bevorderen, waardoor de interne weerstand wordt verminderd.
Het aanbod van ons bedrijf
Als leverancier van bipolaire grafietplaten streven we ernaar producten van hoge - kwaliteit met een lage interne weerstand te leveren. Onze bipolaire grafietplaten zijn gemaakt van grafiet met een hoge - zuiverheid en we gebruiken geavanceerde productieprocessen om de microstructuur te optimaliseren. We bieden ook oppervlaktebehandeling en coatingdiensten aan om de contactweerstand te verminderen. Naast bipolaire platen leveren wij ook andere grafietproducten zoals Graphite Base Susceptors, Graphite Chuck en PECVD Graphite Boat.
Bent u geïnteresseerd in onze bipolaire grafietplaten of andere grafietproducten, neem dan gerust contact met ons op voor meer informatie en om uw specifieke wensen te bespreken. We kijken ernaar uit om een partnerschap op lange - termijn met u aan te gaan.
Referenties
Zhang, X., en Li, Y. (2019). Onderzoek naar de elektrische geleidbaarheid van grafietmaterialen voor bipolaire brandstofcelplaten. Journal of Power Sources, 420, 12 - 20.
Wang, H., en Chen, S. (2020). Optimalisatie van de contactweerstand tussen bipolaire grafietplaten en gasdiffusielagen in brandstofcellen. Internationaal tijdschrift voor waterstofenergie, 45(30), 15800 - 15808.
Liu, Z., en Yang, J. (2021). Invloed van stromingsveldontwerp op de prestaties van bipolaire grafietplaten in brandstofcellen. Journal of Fuel Cell Science and Technology, 18(3), 031005.