Kaip grafito bipolinių plokščių tiekėjas, aš pats mačiau sudėtingą ryšį tarp senėjimo ir šių svarbių komponentų veikimo. Grafitinės dvipolės plokštės yra būtinos kuro elementuose, kurios yra sąsaja tarp elektrodų ir išorinės grandinės, tuo pačiu palengvinant reaguojančių dujų paskirstymą ir produktų pašalinimą. Norint užtikrinti ilgalaikį - kuro elementų sistemų patikimumą ir efektyvumą, labai svarbu suprasti senėjimo poveikį dvipolioms grafito plokštėms.
Fiziniai ir cheminiai pokyčiai senėjimo metu
Vienas iš pagrindinių senėjimo padarinių grafito bipolinėms plokštėms yra jų fizinės struktūros pasikeitimas. Laikui bėgant, veikiant atšiaurioms darbo sąlygoms kuro elemente, grafito medžiagoje gali atsirasti mikroįtrūkimų ir porų. Šie fiziniai pokyčiai dažnai atsiranda dėl terminio ciklo, mechaninio įtempio ir cheminių reakcijų. Pavyzdžiui, pakartotinis grafito plėtimasis ir susitraukimas dėl temperatūros pokyčių kuro elementų veikimo metu gali sukelti vidinius įtempius, dėl kurių galiausiai susidaro įtrūkimai.
Cheminiu požiūriu senėjimas taip pat gali sukelti grafito bipolinių plokščių pokyčius. Rūgšti aplinka protonų -mainų membranos kuro elemente (PEMFC), kuriame paprastai yra sieros arba fosforo rūgšties, gali reaguoti su grafito paviršiumi. Tai gali sukelti grafito oksidaciją, susidarant grafito oksidams. Šių oksidų susidarymas ne tik keičia bipolinės plokštės paviršiaus chemiją, bet ir veikia jos elektrinį laidumą. Oksiduotas grafitas turi didesnį atsparumą, palyginti su grynu grafitu, o tai gali sumažinti bendrą kuro elemento efektyvumą.
Poveikis elektros laidumui
Elektros laidumas yra kritinė grafito bipolinių plokščių savybė. Plokštėms senstant, jų elektrinis laidumas linkęs mažėti. Senėjimo metu susidarę mikroįtrūkimai ir poros gali sutrikdyti nenutrūkstamus laidumo kelius grafite. Be to, grafito oksidų susidarymas ant paviršiaus dar labiau trukdo elektronų srautui. Sumažėjus elektros laidumui, gali padidėti kuro elemento vidinė varža, todėl gali sumažėti išeiga. Tai ypač problematiška tais atvejais, kai reikalingas didelis - galios tankis, pvz., automobilių kuro elementų sistemose.
Norėdami iliustruoti šį teiginį, panagrinėkime kuro elementų kaminą su sendintomis grafito bipolinėmis plokštėmis. Padidėjęs bipolinių plokščių pasipriešinimas sukelia įtampos kritimą kamino, o tai reiškia, kad išoriniam naudojimui lieka mažiau elektros energijos. Tai ne tik sumažina kuro elemento efektyvumą, bet ir gali sukelti perkaitimą, nes energijos perteklius išsisklaido kaip šiluma. Perkaitimas gali dar labiau paspartinti bipolinių plokščių ir kitų kuro elementų komponentų senėjimo procesą, sukurdamas užburtą ciklą.
Įtaka dujų pralaidumui
Kitas reikšmingas senėjimo poveikis grafito bipolinėms plokštėms yra dujų pralaidumo pokytis. Kuro elemente dvipolės plokštės yra atsakingos už tolygų reaguojančių dujų (tokių kaip vandenilis ir deguonis) paskirstymą per elektrodus. Tačiau plokštelėms senstant, susidarę mikro įtrūkimai ir poros gali padidinti dujų pralaidumą. Tai kelia susirūpinimą, nes tai gali sukelti dujų kryžminimą, kai reaguojančios dujos nuteka iš vienos kuro elemento pusės į kitą.
Dujų krosoveris turi keletą neigiamų pasekmių. Pirma, tai sumažina kuro elemento efektyvumą, nes eikvojamos reaguojančios dujos. Antra, tai gali sukelti mišrių potencialų susidarymą prie elektrodų, kurie gali pažeisti katalizatoriaus sluoksnius ir sumažinti jų aktyvumą. Ekstremaliais atvejais dėl dujų kryžminimo gali net užsidegti reaguojančios dujos, o tai kelia pavojų saugai.
Mechaninis vientisumas
Mechaniniam dvipolių grafito plokščių vientisumui įtakos turi ir senėjimas. Mikroįtrūkimų ir porų atsiradimas silpnina plokščių konstrukcinį stiprumą. Dėl to jie gali būti jautresni mechaniniams gedimams, pvz., lūžimui ar deformacijai, esant mechaniniams įtempiams, patiriamiems kuro elementų surinkimo, veikimo ir transportavimo metu.
Pavyzdžiui, montuojant kuro elementų kaminą, bipolinės plokštės dažnai suspaudžiamos tarp elektrodų ir kitų komponentų. Jei plokštės susilpnėjo dėl senėjimo, veikiamos suspaudimo jėgos, jos gali įtrūkti arba lūžti. Panašiai, vibracijos ir smūgiai transportavimo metu taip pat gali pakenkti pasenusioms bipolinėms plokštėms.
Paviršiaus drėgnumas
Paviršiaus drėkinamumas yra svarbi grafito bipolinių plokščių savybė, nes ji turi įtakos vandens valdymui kuro elemente. Vanduo yra kuro elemente vykstančių elektrocheminių reakcijų šalutinis produktas, todėl tinkamas vandens valdymas yra labai svarbus elemento veikimui palaikyti. Senstant grafito bipolinėms plokštėms, jų paviršiaus drėgnumas gali keistis.
Grafito paviršiaus oksidacija senėjimo metu gali padidinti plokščių hidrofiliškumą. Nors tam tikras hidrofiliškumo laipsnis yra naudingas vandens pašalinimui, per didelis hidrofiliškumas gali sukelti vandens užtvindymą dujų kanaluose. Vandens užtvindymas gali blokuoti reaguojančių dujų srautą ir sumažinti kuro elemento efektyvumą. Kita vertus, jei paviršius tampa per daug hidrofobinis dėl senėjimo metu besikaupiančių teršalų, vandens lašelių gali nepavykti veiksmingai pašalinti nuo paviršiaus, o tai taip pat sukelia veikimo problemų.
Senėjimo padarinių mažinimas
Kaip grafito bipolinių plokščių tiekėjai, mes nuolat tiriame ir kuriame strategijas, kaip sumažinti senėjimo poveikį. Vienas iš būdų yra naudoti aukštos kokybės - grafito medžiagas, kurios yra atsparesnės oksidacijai ir mechaniniam įtempimui. Pavyzdžiui, grafito griebtuvas ir grafito pagrindo susceptoriai, pagaminti iš pažangių grafito medžiagų, gali pagerinti našumą ir ilgaamžiškumą.
Paviršiaus apdorojimas taip pat gali būti taikomas bipolinėms plokštėms, siekiant padidinti jų atsparumą senėjimui. Padengus grafito paviršių apsauginiu sluoksniu, galima išvengti oksidacijos ir sumažinti mikroįtrūkimų susidarymą. Be to, bipolinių plokščių konstrukcijos tobulinimas gali padėti sumažinti mechaninį įtempimą, kurį jos patiria veikimo metu. Pavyzdžiui, naudojant lankstesnę konstrukciją galima prisitaikyti prie šiluminio plėtimosi ir susitraukimo nesukeliant pernelyg didelio streso.
Reguliaraus stebėjimo svarba
Reguliarus grafito bipolinių plokščių stebėjimas yra būtinas norint nustatyti ankstyvus senėjimo požymius. Stebint tokius parametrus kaip elektros laidumas, dujų pralaidumas ir mechaninis vientisumas, galima numatyti, kada gali tekti keisti plokštes. Šis aktyvus požiūris gali padėti išvengti netikėtų gedimų ir užtikrinti ilgalaikį - kuro elementų sistemos patikimumą.
Išvada
Apibendrinant galima pasakyti, kad senėjimas turi didelį poveikį grafito bipolinėms plokštėms, paveikdamas jų elektrinį laidumą, dujų pralaidumą, mechaninį vientisumą ir paviršiaus drėkinimą. Šie pakeitimai gali žymiai sumažinti kuro elementų sistemų veikimą ir patikimumą. Kaip tiekėjai, esame įsipareigoję teikti aukštos - kokybės grafito dvipolius plokštes ir kurti sprendimus, mažinančius senėjimo poveikį.
Jei jus domina grafito bipolinių plokščių įsigijimas arba diskutuojama, kaip išspręsti kuro elementų sistemų senėjimo problemas, kviečiame susisiekti su mumis dėl pirkimo ir tolesnių diskusijų. Mūsų ekspertų komanda yra pasirengusi pasiūlyti geriausius sprendimus, pritaikytus jūsų specifiniams poreikiams.
Nuorodos
Larminie, J. ir Dicks, A. (2003). Kuro elementų sistemų paaiškinimas. Johnas Wiley ir sūnūs.
Barbir, F. (2013). PEM kuro elementai: teorija ir praktika. Elsevier.
Zhang, J. ir Zhao, TS (2007). Vandens valdymas protonų mainų membranos kuro elementuose. Energijos šaltinių žurnalas, 167(2), 484 - 494.