Биполярные пластины

Биполярные пластины
Биполярные пластины
29 Окт 2018

Биполярные пластины

Биполярные пластины — основные составляющие топливных элементов, в которых химическая энергия преобразуется в электричество. Они предназначены для электролиза воды в топливном элементе. Топливо — чаще всего речь идёт о водороде — не сжигается, а окисляется на аноде. На катоде при этом происходит восстановление кислорода с образованием электротока. Побочными продуктами при протекании реакции становятся вода и тепло.

Используемые материалы

Для изготовления биполярных пластин разных видов применяются такие материалы, как:

  • металлы. Элементы, изготавливаемые из них, иначе называются полюсными решётками;
  • графит. Пластины, выпускаемые из этого материала, играют роль элементов, формирующих поле для движения текучей среды;
  • полимерно-углеродные композиты. Разновидности, изготавливаемые из них, называются биполярными сепараторами-токоснимателями.

Одна из основных задач, решаемых разработчиками и производителями — максимизация удельной электропроводности биполярных пластин. Чем выше значение этого показателя, тем ниже омические потери — а значит, тем больше КПД всего топливного элемента. Проведённые исследования показали: электропроводность пластинчатых деталей резко возрастает при создании на них подложки из материала, активного в электрокаталитическом отношении.

Особенности формы

В настоящее время выпускаются биполярные пластинчатые элементы, имеющие неоднородную структуру и сложную форму. Частные случаи — создание на их поверхности извилин и/или рифлений. Эти детали рельефа создают каналы, по которым при эксплуатации топливного элемента движутся потоки газа. Благодаря этому, в свою очередь, обеспечивается равномерное распределение топлива по всей площади электродов. Кроме того, улучшается отведение побочных продуктов — в частности, упомянутой выше воды.

Извилины, рифления и другие детали рельефа создаются на поверхности биполярных пластин разными способами. Получили распространение такие технологии, как литьё в специально созданную форму и тиснение.

Достоинства графита

Не прекращаются работы, направленные на улучшение удельных характеристик биполярных пластинчатых элементов и их физико-химических свойств. Большое внимание разработчики уделяют такому материалу, как графит. Его использование позволяет решить по меньшей мере две задачи:

  • значительно повысить электропроводность. Её значение тем больше, чем выше концентрация графита в материале готовых изделий;
  • свести к минимуму или полностью исключить образование коррозии, которой, как известно, подвержены металлы. Это, в свою очередь, ложится в основу долговечности топливных элементов, минимизирует издержки на их обслуживание и замену и повышает их коммерческую привлекательность.

Увеличивая содержание графита в биполярных пластинчатых элементах, конструкторы сталкиваются с проблемой повышения хрупкости. Недостаточная механическая прочность, в свою очередь, сужает сферу применения топливных элементов — например, не позволяет использовать некоторые из них в качестве мобильных портативных генераторов электроэнергии.

Современные технологии позволяют минимизировать этот негативный эффект. Производителям удаётся наладить выпуск пластинчатых деталей с высоким содержанием графита, отличной электропроводностью и нечувствительностью к коррозии, но при этом достаточно прочных — а значит, имеющих широкую сферу применения.



Возврат к списку


Заказать Справочник материалов