Brennstoffzellen-Bipolarplatte

Die Bipolarplatte ist die Kernkomponente des Reaktors und hat großen Einfluss auf dessen Leistung und Kosten. Aktuell werden Bipolarplatten hauptsächlich nach Material in Graphitplatten, Verbundplatten und Metallplatten unterteilt.

Die Bipolarplatte ist eine der Kernkomponenten von PEMFCs. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, Gas durch das Oberflächenströmungsfeld zu transportieren und den bei der Reaktion entstehenden Strom, die Wärme und das Wasser zu sammeln und abzuleiten. Je nach Materialart macht sie etwa 60 % bis 80 % des Gewichts und etwa 30 % der Kosten des PEMFC-Stacks aus. Aufgrund der funktionalen Anforderungen an die Bipolarplatte und unter Berücksichtigung des sauren elektrochemischen Reaktionsmilieus in PEMFCs müssen hohe Anforderungen an elektrische Leitfähigkeit, Luftdichtheit, mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit usw. gestellt werden.

Die Doppelplatten werden nach den verwendeten Materialien hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Graphitplatten, Verbundplatten und Metallplatten. Graphit-Doppelplatten sind derzeit die am häufigsten verwendeten Doppelplatten für PEMFCs im Inland. Sie zeichnen sich durch elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, gute Stabilität und Korrosionsbeständigkeit sowie andere Eigenschaften aus, weisen jedoch relativ schlechte mechanische Eigenschaften, Sprödigkeit und Bearbeitungsschwierigkeiten auf, was zu hohen Kostenproblemen führt, mit denen viele Hersteller zu kämpfen haben.

GraphitBipolarplatteEinführung:

Bipolarplatten aus Graphit weisen eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit auf und sind daher die am häufigsten verwendeten Bipolarplatten in PEMFCS-Systemen. Ihre Nachteile sind jedoch ebenso deutlich: Die Graphitisierungstemperatur von Graphitplatten liegt üblicherweise über 2500 °C, was ein strenges Heizverfahren und eine lange Dauer erfordert. Der Bearbeitungsprozess ist langsam, die Zykluszeit lang und die Maschinenpräzision hoch, was zu hohen Kosten für Graphitplatten führt. Graphit ist spröde, die fertigen Platten müssen sorgfältig gehandhabt und montiert werden. Aufgrund seiner Porosität müssen die Platten einige Millimeter dick sein, um die Gase entweichen zu lassen. Dies führt zwar zu einer geringeren Materialdichte, aber zu einem höheren Gewicht des Endprodukts.

Herstellung von GraphitBipolarplatte：

Das Toner- oder Graphitpulver wird mit graphitisiertem Harz vermischt, gepresst und bei hoher Temperatur (üblicherweise 2200–2800 °C) in reduzierender Atmosphäre oder unter Vakuum graphitiert. Anschließend wird die Graphitplatte imprägniert, um die Öffnung zu verschließen. Danach wird die Oberfläche mit einer CNC-Maschine mit den erforderlichen Gaskanälen versehen. Die Hochtemperaturgraphitisierung und die Bearbeitung der Gaskanäle sind die Hauptgründe für die hohen Kosten bipolarer Platten, wobei die Bearbeitung fast 60 % der Gesamtkosten einer Brennstoffzelle ausmacht.

Bipolarplatteist eine der wichtigsten Komponenten im Brennstoffzellenstapel. Ihre Hauptfunktionen sind folgende:

1. Einzelbatterieanschluss

2. Kraftstoff (H2) und Luft (O2) zuführen

3. Stromsammlung und -leitung

4. Support-Stack und MEA

5. Um die bei der Reaktion entstehende Wärme abzuführen.

6. Das bei der Reaktion entstandene Wasser ablassen.