Fuel Cell Bipolar Plate Materials and Preparation-ⅱ

Grafitt bipolar plate

Grafitt er for tiden mainstream påføring av bipolare plater i Kina på grunn av dens høye elektriske ledningsevne, sterke kjemiske og termiske stabilitet og korrosjonsmotstand. Grafitt er et porøst og sprøtt materiale med lav styrke og høy sprøhet. Det kan ikke oppfylle kravene til lufttetthet i bipolare plater. Det må gjentatte ganger impregneres og karboniseres for å lage ikke-porøse grafittplater.

Ikke-porøs Grafittplater er vanligvis fremstilt ved å grafitisere karbonpulver/grafittpulver og grafitisert harpiks under høye temperaturer (2500 ° C). Denne prosessen krever strenge oppvarmingsprosedyrer, så produksjonssyklusen er lang og kostnadene er høye. I tillegg kan nye porer vises på grunn av fordampning av urenheter etter grafitisering, noe som resulterer i en porøsitet på 20% til 30% på overflaten av grafittplaten. Eksistensen av porer har risikoen for å forårsake PEMFC -lekkasje, og reduserer dermed konsentrasjonen av reaksjonsgasser og dermed redusere ytelsen til stabelen. Derfor må grafittplaten bli impregnert for å redusere porøsiteten og forbedre overflatekvaliteten. For øyeblikket er det mest brukte etter gjentatte impregnerte ikke-porøse grafittark.

Maskinertgrafittplate

De fleste innenlandske produsenter bruker kunstig grafitt mekanisk prosessering for å oppnå dette. Prosesstrinnene inkluderer hovedsakelig:

(1) Råstoffforberedelse: Bland koks og asfalt ved en temperatur fra 1 000 til 1 300 ℃ og koks for å danne karbon. Deretter blir karbonmaterialet impregnert med asfalt, bakt og deretter oppvarmet i en elektrisk ovn på 2 500 til 3 000 ℃ for å grafitisere.

(2) skiver: Grovt skive i henhold til størrelsen på den bipolare platen;

(3) Impregnering: Etter at grafittskivene er impregnert med harpiks, er formålet med impregnering å fylle porene på overflaten og på innsiden av grafitten med syntetisk harpiks. Det blir vanligvis impregnert i 24 timer, og deretter behandlet varme behandlet for å stivne harpiksen. Avhengig av impregneringsharpiksen, delt inn i fenolisk impregnert grafitt og furfural alkohol impregnert grafitt;

(4) Sliping: Siden størrelsen etter skiver er relativt grov, og overflatebehandlingen på den impregnerte grafittplaten er også dårlig, er grov sliping, middels sliping og fin sliping er nødvendig;

(5) Gravering: Gravering er et nøkkeltrinn i prosessering av bipolar plate. Den dimensjonale toleransen for den bipolare platen og kvaliteten på strømningsfeltet avhenger av nøyaktigheten til graveringsmaskinen.

På grunn av lav styrke og sprøhet av grafittplater, er denne prosesseringsmetoden ikke egnet for å danne ultratynne bipolare plater (mindre enn 1,5 mm). Denne metoden kan forårsake overdreven friksjon mellom verktøyet og grafitten, noe som resulterer i dårlig dimensjonal nøyaktighet og overflatekvalitet på den bipolare platen. Lei fant at under maskineringsprosessen knuses grafitt til små partikler og fint støv, og verktøyet blir utsatt for høy innvirkning og trykkspenning ved spissen. Behandlingen av strømningskanalen øker også den totale kostnaden. Derfor har denne metoden gradvis blitt populær i utlandet. Når de blir eliminert, tar de fleste utenlandske produsenter innsprøytningsstøping eller kompresjonsstøping av produksjonsmetoder.

Injeksjonsstøpt grafittplate

Injeksjonsstøping av grafittplate er å mate en viss andel av grafitt og harpiksblanding fra hopperen til injeksjonsstøpemaskinen inn i tønnen. Den oppvarmede og smeltede blandingen injiseres i den lukkede formen gjennom dysen under trykk. Etter avkjøling og forming blir produktet demontert. . For å forbedre konduktiviteten til den bipolare platen, kan noe metallpulver tilsettes blandingen, mens karbonfiber eller keramisk fiber kan tilsettes for å forbedre den mekaniske styrken. Imidlertid har injeksjonsstøping også mange ulemper, for eksempel fjerning av lang bindemiddel (opptil 7 dager), sprekker i tykke seksjoner, dimensjonale begrensninger og defekter. Ytterligere grafitisering kan forbedre egenskapene til arket, men dette vil øke kostnadene betydelig, og derfor er metoden ikke egnet for storstilt produksjon.

Støpt grafittark

For å løse problemene med høye prosesseringskostnader og storstilt produksjon, begynte forskere å bruke støpeprosessen for å produsere bipolare plater. Prosessstrømmen er: Forbered først det blandede materialet av grafittpulver og harpiks, deretter forbehandlet det blandede materialet og formen, bruk smeltetemperaturen på polymeren og et visst trykk for å få pulverstrømmen i formen og fyll hele hulen, og fikk deretter den bipolare platen etter demoulding stivnet. Hvis limet er en termosettplast, tar det vanligvis bare noen minutter å stivne og demold; Hvis limet er en termoplast, må formen avkjøles til en temperatur under smeltepunktet til limet før de demoulding.

Ut fra den nåværende faktiske driften av kjøretøyer med hydrogenbrenselceller i Kina, har kommersielle kjøretøyer som personbiler, logistikkbiler, sanitærbiler og gaffeltrucker blitt hovedmodellene i markedet. Scenariene med høyfrekvent bruk av kommersielle kjøretøy bestemmer deres krav for holdbarhet av deler. høyere. Grafittbipolare plater er mer egnet for den nåværende demonstrasjonsdriften av kommersielle kjøretøyer på brenselceller på grunn av deres lange holdbarhet.

Metallbipolar plate

Sammenlignet med grafitt bipolare plater, har metallbipolare plater god elektrisk ledningsevne, termisk ledningsevne, maskinbarhet, færre produksjonsprosesser, kan produsere ultratynne bipolare plater, og masseproduksjonsprosessen er moden, noe som i stor grad kan redusere mengden. Produksjonskostnadene har vekket mye oppmerksomhet. Så langt, rustfritt stål, aluminiumslegering, titanlegering, nikkellegering, kobberlegering og metallmatrise komposittmaterialer har blitt brukt i bipolar plateproduksjon.