Matériaux et préparation de la plaque bipolaire à pile à combustible - ⅱ

Plaque bipolaire en graphite

Le graphite est actuellement l'application traditionnelle de plaques bipolaires en Chine en raison de sa conductivité électrique élevée, de sa forte stabilité chimique et thermique et de sa résistance à la corrosion. Le graphite est un matériau poreux et cassant avec une faible résistance et une fragilité élevée. Il ne peut pas répondre aux exigences d'étanchéité de l'air des plaques bipolaires. Il doit être imprégné à plusieurs reprises et carbonisé pour fabriquer des plaques de graphite non poreuses.

Non-poreux plaques de graphite sont généralement préparés par poudre de carbone / poudre de graphite graphitisée et de résine graphitisée dans des conditions à haute température (2500 ° C). Ce processus nécessite des procédures de chauffage strictes, donc le cycle de production est long et le coût est élevé. De plus, de nouveaux pores peuvent apparaître en raison de l'évaporation des impuretés après graphitisation, entraînant une porosité de 20% à 30% à la surface de la plaque de graphite. L'existence de pores a le risque de provoquer une fuite de PEMFC, réduisant ainsi la concentration de gaz de réaction et réduisant ainsi les performances de la pile. Par conséquent, la plaque de graphite doit être imprégnée pour réduire sa porosité et améliorer sa qualité de surface. Actuellement, le plus largement utilisé est après des feuilles de graphite non poreuses imprégnées répétées.

Usinéassiette de graphite

La plupart des fabricants nationaux utilisent un traitement mécanique de graphite artificiel pour y parvenir. Les étapes de processus incluent principalement:

(1) Préparation des matières premières: Mélanger le coke et l'asphalte à une température de 1 000 à 1 300 ℃ et du coke pour former du carbone. Ensuite, le matériau carbone est imprégné d'asphalte, cuit au four, puis chauffé dans une fournaise électrique à 2 500 à 3 000 ℃ pour graphiser.

(2) tranchage: tranche à peu près selon la taille de la plaque bipolaire;

(3) Imprégnation: Une fois que les tranches de graphite sont imprégnées de résine, le but de l'imprégnation est de remplir les pores à la surface et à l'intérieur du graphite avec de la résine synthétique. Il est généralement imprégné pendant 24 heures, puis la chaleur traitée pour solidifier la résine. Selon la résine d'imprégnation, divisée en graphite phénolique imprégné et en graphite imprégné d'alcool furfural;

(4) broyage: car la taille après le tranchage est relativement rugueuse, et la finition de surface de la plaque de graphite imprégnée est également médiocre, un broyage grossier, un meulage moyen et un broyage fin sont nécessaires;

(5) Gravure: la gravure est une étape clé du traitement bipolaire des plaques. La tolérance dimensionnelle de la plaque bipolaire et la qualité du champ d'écoulement dépendent de la précision de la machine à gravure.

En raison de la faible résistance et de la fragilité des plaques de graphite, cette méthode de traitement ne convient pas pour former des plaques bipolaires ultra-minces (moins de 1,5 mm). Cette méthode peut provoquer une friction excessive entre l'outil et le graphite, entraînant une mauvaise précision dimensionnelle et une qualité de surface de la plaque bipolaire. Lei a constaté que pendant le processus d'usinage, le graphite est écrasé en petites particules et à la poussière fine, et l'outil est soumis à un impact élevé et à une contrainte de compression à la pointe. Le traitement du canal de flux augmente également le coût total. Par conséquent, cette méthode est progressivement devenue populaire à l'étranger. Étant éliminés, la plupart des fabricants étrangers adoptent des méthodes de production de moulage ou de moulage par compression.

Plaque de graphite moulé par injection

Le moulage par injection plaque de graphite consiste à nourrir une certaine proportion de mélange de graphite et de résine de la trémie de la machine de moulage par injection dans le canon. Le mélange chauffé et fondu est injecté dans le moule fermé à travers la buse sous pression. Après refroidissement et mise en forme, le produit est démoudité. . Afin d'améliorer la conductivité de la plaque bipolaire, une certaine poudre métallique peut être ajoutée au mélange, tandis que la fibre de carbone ou la fibre de céramique peut être ajoutée pour améliorer la résistance mécanique. Cependant, le moulage par injection présente également de nombreux inconvénients, tels que le long retrait du liant (jusqu'à 7 jours), la fissuration dans des sections épaisses, les limitations dimensionnelles et les défauts. La graphitisation supplémentaire peut améliorer les propriétés de la feuille, mais cela augmentera considérablement le coût et, par conséquent, la méthode ne convient pas à une production à grande échelle.

Feuille de graphite moulée

Afin de résoudre les problèmes de coûts de traitement élevés et de production à grande échelle, les chercheurs ont commencé à utiliser le processus de moulage pour fabriquer des plaques bipolaires. Le flux de processus est: Préparez d'abord le matériau mélangé de la poudre de graphite et de la résine, puis pré-traitz le matériau mélangé et le moule, utilisez la température de fusion du polymère et une certaine pression pour faire couler la poudre dans le moule et remplir la cavité entière, puis a obtenu la plaque bipolaire après la démonstration de se solidifier. Si l'adhésif est un plastique thermodurcissable, il ne faut généralement que quelques minutes pour se solidifier et démollir; Si l'adhésif est un thermoplastique, le moule doit être refroidi à une température en dessous du point de fusion de l'adhésif avant la démoulement.

À en juger par le fonctionnement réel actuel des véhicules à pile à combustible en Chine, des véhicules commerciaux tels que les voitures particulières, les véhicules logistiques, les camions d'assainissement et les chariots élévateurs sont devenus les principaux modèles du marché. Les scénarios d'utilisation à haute fréquence de véhicules commerciaux déterminent leurs exigences pour la durabilité des pièces. plus haut. Les plaques bipolaires en graphite sont plus adaptées au fonctionnement actuel de démonstration des véhicules commerciaux à piles à combustible en raison de leur longue durabilité.

Plaque bipolaire métallique

Par rapport aux plaques bipolaires en graphite, les plaques bipolaires métalliques ont une bonne conductivité électrique, une conductivité thermique, une machinabilité, moins de processus de fabrication, peuvent produire des plaques bipolaires ultra-minces et le processus de production de masse est mature, ce qui peut réduire considérablement la quantité. Les coûts de production ont attiré beaucoup l'attention. Jusqu'à présent, l'acier inoxydable, l'alliage en aluminium, l'alliage de titane, l'alliage de nickel, l'alliage de cuivre et les matériaux composites de matrice métallique ont été utilisés dans la fabrication de plaques bipolaires.