В сферата на технологията на горивните клетки графитните биполярни плочи се очертаха като крайъгълен компонент, играейки ключова роля в ефективната работа на горивните клетки с протонна обменна мембрана (PEM). Като водещ доставчик на графитни биполярни плочи често ме питат за капацитета на разсейване на топлината на тези основни части. В тази публикация в блога ще се задълбоча в тънкостите на капацитета за разсейване на топлината на графитните биполярни плочи, изследвайки факторите, които го влияят и значението му за работата на горивните клетки.
Разбиране на графитните биполярни плочи
Преди да обсъдим разсейването на топлината, важно е да разберем какво представляват графитните биполярни плочи и техните функции в горивната клетка. Графитните биполярни плочи служат за множество цели в горивната клетка PEM. Те разделят отделните клетки в купчина горивни клетки, провеждат електричество между клетките, разпределят реактивните газове (водород и кислород) равномерно през електродите и премахват топлината, генерирана по време на електрохимичните реакции.
Графитът е идеален материал за биполярни плочи поради отличната си електропроводимост, химическа стабилност и механични свойства. Той може да издържи на суровата химическа среда вътре в горивната клетка и да запази структурната си цялост при високи налягания и температури. Нашата компания предлага гама от графитни биполярни плочи, включителноУстойчивост на корозия Графитна биполярна плоча за PEM горивна клетка,Графитна биполярна плоча за горивна клетка, иГрафитна анодна плоча с ниска електроустойчивост, всеки от които е проектиран да отговаря на специфични изисквания на различни приложения на горивни клетки.
Значението на разсейването на топлината в горивните клетки
Горивните клетки генерират топлина като страничен продукт от електрохимичните реакции, които произвеждат електричество. Ако тази топлина не се разсейва ефективно, това може да доведе до няколко проблема. Първо, прекомерната топлина може да причини топлинен стрес в купчината горивни клетки, което може да доведе до механична повреда на компоненти като биполярни плочи, мембрани и електроди. Второ, високите температури могат да ускорят разграждането на мембранния електролит, намалявайки неговата протонна проводимост и съкращавайки живота на горивната клетка. Трето, неравномерното разпределение на топлината може да доведе до неравномерни скорости на реакция през електродите, причинявайки локално прегряване и намаляване на общата ефективност на горивната клетка.
Следователно ефективното разсейване на топлината е от решаващо значение за поддържане на производителността, надеждността и издръжливостта на горивните клетки. Графитните биполярни плочи играят жизненоважна роля в този процес, като действат като топлопроводници и осигуряват път за пренос на топлина от реакционните места към охладителната система.
Фактори, влияещи върху капацитета на разсейване на топлината на графитните биполярни плочи
Топлопроводимост на графита
Топлинната проводимост на графита е един от най-важните фактори, определящи капацитета на разсейване на топлината на графитните биполярни плочи. Графитът има сравнително висока топлопроводимост, което му позволява ефективно да провежда топлината от горещите реакционни зони към по-хладните области на биполярната плоча и евентуално към охладителната система. Топлинната проводимост на графита може да варира в зависимост от неговата кристална структура, ориентация и чистота. Силно ориентираният пиролитичен графит (HOPG), например, има изключително висока топлопроводимост по протежение на основната равнина, което го прави отличен избор за приложения, където се изисква ефективен пренос на топлина.
Дебелина на плочата
Дебелината на графитната биполярна плоча също влияе върху нейния капацитет за разсейване на топлината. По-тънката плоча обикновено има по-ниско термично съпротивление, което означава, че топлината може да се пренася по-бързо през плочата. Обаче прекаленото намаляване на дебелината на плочата може да компрометира нейната механична здравина и издръжливост. Следователно трябва да се намери баланс между изискванията за разсейване на топлината и механичната цялост на плочата. Нашият инженерен екип внимателно проектира дебелината на нашите графитни биполярни плочи, за да оптимизира както разсейването на топлината, така и механичните характеристики.
Проектиране на канала за поток
Конструкцията на каналите за поток на повърхността на графитната биполярна плоча играе важна роля в разсейването на топлината. Каналите на потока се използват за разпределяне на реактивните газове през електродите, но те също допринасят за преноса на топлина. Добре проектираният канал за потока може да подобри конвективния пренос на топлина между реактивните газове и биполярната плоча. Например, използването на дизайн на змиевиден канал за поток може да увеличи времето за контакт между газовете и плочата, подобрявайки ефективността на топлопреноса. Освен това размерът и формата на каналите за потока могат да повлияят на скоростта на газовия поток и спада на налягането, което от своя страна влияе върху характеристиките на топлопреминаване.
Интегриране на охладителна система
Интегрирането на графитната биполярна плоча с охладителната система е друг критичен фактор. Охладителната система, която може да бъде с течно охлаждане или с въздушно охлаждане, отговаря за отстраняването на топлината, пренесена от биполярната плоча. Интерфейсът между биполярната плоча и охладителната система трябва да има добър термичен контакт, за да се сведе до минимум термичното съпротивление. За системите с течно охлаждане скоростта на потока на охлаждащата течност, температурата и разпределението също трябва да бъдат внимателно контролирани, за да се осигури ефективно отвеждане на топлината.
Измерване на капацитета на разсейване на топлината на графитни биполярни плочи
Има няколко метода за измерване на капацитета на разсейване на топлината на графитни биполярни плочи. Един общ подход е да се използват термовизионни камери за визуализиране на разпределението на температурата върху повърхността на плочата по време на работа на горивната клетка. Това може да предостави ценна информация за моделите на пренос на топлина и да идентифицира всякакви горещи точки или области с лошо разсейване на топлината.
Друг метод е да се измери температурната разлика между входа и изхода на охладителната система и да се изчисли скоростта на топлопреминаване въз основа на скоростта на потока на охлаждащата течност и специфичния топлинен капацитет. Този метод позволява количествена оценка на общата ефективност на разсейване на топлината на стека от горивни клетки, включително приноса на графитните биполярни плочи.
Приложения и предимства на високопроизводителни графитни биполярни плочи с добро разсейване на топлината
Графитните биполярни плочи с висок капацитет на разсейване на топлина се използват широко в различни приложения на горивни клетки, включително автомобилостроене, стационарно производство на електроенергия и преносима електроника.
В автомобилните приложения горивните клетки трябва да работят ефективно при широк диапазон от условия, включително високи изисквания за мощност по време на ускорение и среда с висока температура. Графитните биполярни плочи с отлично разсейване на топлината могат да помогнат за поддържане на производителността и надеждността на системата с горивни клетки, осигурявайки безпроблемна работа на автомобила.
За стационарно производство на електроенергия често се изисква горивните клетки да работят непрекъснато за дълги периоди. Ефективното разсейване на топлината е от съществено значение за предотвратяване на прегряване и удължаване на живота на купчината горивни клетки. НашитеГрафитна биполярна плоча за горивна клеткае проектиран да отговаря на взискателните изисквания на стационарните приложения за производство на електроенергия, осигурявайки надеждно разсейване на топлината и дълготрайна работа.
В преносимата електроника, където пространството и теглото са ограничени, графитните биполярни плочи с висок капацитет на разсейване на топлината могат да помогнат за намаляване на размера и сложността на охладителната система, правейки горивната клетка по-компактна и лека.
Заключение
Капацитетът на разсейване на топлината на графитните биполярни плочи е критичен фактор за производителността, надеждността и издръжливостта на горивните клетки. Като доставчик на графитни биполярни плочи, ние разбираме значението на оптимизирането на разсейването на топлината и сме разработили усъвършенствани производствени процеси и проекти, за да подобрим характеристиките на топлопредаване на нашите продукти.
Ако се интересувате да научите повече за нашите графитни биполярни плочи или имате специфични изисквания за вашето приложение с горивни клетки, ви каним да се свържете с нас за подробно обсъждане. Нашите опитни търговски и технически екипи са готови да ви предоставят професионални съвети и персонализирани решения, за да отговорят на вашите нужди.
Референции
- [1] Larminie, J., & Dicks, A. (2003). Обяснени системи с горивни клетки. Джон Уайли и синове.
- [2] Барбир, Ф. (2013). PEM горивни клетки: теория и практика. Elsevier.
- [3] Ye, S., & Liu, H. (2018). Преглед на биполярни плочи в PEM горивни клетки: Поток - полеви дизайни. Journal of Power Sources, 395, 17 - 31.
