Placas bipolares de grafito flexibles para pilas de combustible de membrana de intercambio de protones
1 Introducción al contenido
Celda de combustible de membrana de intercambio de protones (en lo sucesivo, denominada "Celda de combustible de membrana de intercambio de protones"). como PEMFC) puede funcionar de forma isotérmica. La energía química se convierte directamente en energía eléctrica mediante métodos electroquímicos bajo ciertas condiciones. No está limitada por el ciclo de Carnot, tiene una alta tasa de conversión de energía (40 ~ 60), es limpia y libre de contaminación. (el producto es principalmente agua) y se considera un sistema de suministro de energía limpio y eficiente en el siglo XXI. Como componente de conexión de las celdas individuales en la pila PEMFC, la placa bipolar desempeña principalmente el papel de aislar la colusión de gas entre las celdas, distribuir combustible y oxidante, soportar electrodos de membrana y conectar celdas individuales en serie para formar circuitos electrónicos.
Los materiales de placas bipolares desarrollados actualmente incluyen principalmente materiales metálicos y de carbono. La ventaja de las placas bipolares de metal con superficie modificada es que se pueden convertir en placas delgadas (como 0,1 ~ 0,5 mm) y se pueden utilizar métodos de producción mecánica como estampado y cizallamiento para procesar poros y campos de flujo, lo cual es beneficioso para reduciendo el costo de las placas bipolares, pero placas de metal El problema de la corrosión no se ha resuelto bien. Actualmente se utilizan placas bipolares de grafito artificial. Las placas bipolares fabricadas con este material tienen buena conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión. Sin embargo, debido a los requisitos de hermeticidad de las placas bipolares, el proceso de fabricación requiere múltiples procesos de producción, como impregnación de resina, carbonización, grafitización y posterior tratamiento en campo de flujo. Por lo tanto, el proceso de fabricación es complejo y costoso, lo que se ha convertido en un factor restrictivo importante. La aplicación de las pilas de combustible.
En el laboratorio, el grafito en escamas natural se trata química o electroquímicamente para formar grafito expandible. El grafito expandible se expande para obtener una sustancia similar a un gusano, y al gusano de grafito expandido se le da forma en un material con una determinada. Densidad y buen acabado superficial. El proceso de fabricación de una placa de grafito de material flexible en forma de placa se muestra en la Figura 1. Dado que el proceso de expansión básicamente elimina todos los componentes químicos no naturales del grafito en escamas, el conformado o laminado es solo la combinación mecánica del grafito expandido. La placa de grafito flexible final es básicamente grafito puro, que tiene la fuerte estabilidad térmica y la buena estabilidad eléctrica y térmica del grafito natural. Conductividad, resistencia a la corrosión y buena estanqueidad al aire. Al mismo tiempo, el campo de flujo en la superficie de la placa bipolar de grafito flexible se puede fabricar directamente en un solo paso, por lo que su costo se reduce considerablemente.
Figura 1 Diagrama de flujo de producción de placas de grafito flexible
La resistencia de las placas bipolares de grafito flexible puede alcanzar los 30 MPa y ha sido verificada en laboratorio. La permeabilidad al helio es (0,4 ~ 0,9) × 10-6 μ m2, la conductividad eléctrica alcanza 1,1 × 105S/m y la conductividad térmica alcanza 129 w/(m·k), que son mejores que las placas bipolares de grafito artificial utilizadas actualmente. .
2. Promoción y aplicación
Las pruebas reales muestran que el rendimiento de las baterías ensambladas con placas bipolares de grafito flexible y placas bipolares de grafito artificial es básicamente el mismo, y el costo de las primeras es sólo el de las placas bipolares de grafito artificial 1/20 ~ 1/10 del tablero.
Tres. Identificación, premios y patentes
Del 5 de junio a febrero de 2004, el Ministerio de Ciencia y Tecnología organizó expertos para realizar inspecciones de aceptación.