La placa de grafito (también conocida como placa bipolar) de la batería de flujo líquido es el componente funcional central de la pila de baterías, equivalente a la estructura + vasos sanguíneos + cables de la pila de baterías. Es un componente clave que conecta celdas individuales en serie, conduce corriente, distribuye electrolitos y soporta los electrodos. Como material preferido para los principales sistemas de baterías de flujo líquido, como las baterías de flujo redox de vanadio (VRFB) y las baterías de flujo de zinc-bromo, la placa de grafito aprovecha sus tres ventajas principales: alta conductividad, excelente resistencia a la corrosión y estabilidad química. Realiza múltiples funciones que incluyen conducción electrónica, interfaz de reacción catalítica estable y distribución de electrolitos, determinando directamente la eficiencia energética, el ciclo de vida y el costo del sistema de la batería.
Conducción de corriente eléctrica: Recoge y conduce la corriente generada en la superficie del electrodo, logrando una conexión en serie entre baterías individuales. El requisito es que la resistencia de la superficie debe ser inferior o igual a 50 mΩ・cm² y la resistencia de la dirección del espesor debe ser inferior o igual a 0,1 Ω・cm.
Distribución de electrolitos: mediante el diseño de canales de flujo en la superficie de la placa, distribuya uniformemente el electrolito a la superficie del electrodo, maximizando el área de reacción electroquímica y aumentando la densidad de energía entre un 10% y un 20%.
Separación de una sola batería: aísle físicamente el electrolito positivo y negativo de las baterías individuales adyacentes para evitar cortocircuitos y resistir simultáneamente la presión de ensamblaje de la pila de celda de combustible (0,3-0,8 MPa).
Soporte estructural: como marco estructural de la pila de pilas de combustible, soporta los electrodos, separadores y otros componentes, manteniendo la estabilidad estructural general de la pila de pilas de combustible.
| Indicadores de desempeño | Organización | Hoja de grafito puro | Hoja compuesta de grafito | Estándares de prueba |
|---|---|---|---|---|
| Conductividad del volumen | cm | Mayor o igual a 1000 | 200-400 | GB/T 3074.2-2019 |
| Resistencia de contacto | mΩ·cm² | Menor o igual a 30 | Menor o igual a 50 | Norma ASTM D4496-13 |
| Fuerza de flexión | MPa | 25-35 | 50-80 | GB/T 3074.1-2019 |
| Fuerza compresiva | MPa | Mayor o igual a 80 | Mayor o igual a 60 | GB/T 3074.1-2019 |
| Porosidad | % | Menor o igual a 3 | Menor o igual a 5 | GB/T 24528-2009 |
| Resistencia a la corrosión | mm/año | <0.01 | <0.05 | 30% H₂SO₄, 80 grados, 1000 h |
| Rango de espesor | milímetros | 3-6 | 0.6-2 | - |
| Tolerancia de dimensión | milímetros | ±0.02 | ±0.05 | GB/T 1804-2000 |
| Precisión del canal de flujo | milímetros | ±0.01 | ±0.03 | Estándar de procesamiento CNC |
| Vida útil | Año | 15-20 | 10-15 | En las condiciones de la batería de flujo líquido totalmente-vanadio |
Flujo del proceso de producción
Flujo del proceso de producción
1. Proceso de producción de placas bipolares de grafito puro.
Cribado de materia prima (polvo de grafito de alta-pureza) → Moldeo (agregar aglutinante) → Moldeo a alta-presión (prensado isostático/moldeo por compresión) → Sinterización a baja-temperatura (800-1200 grados) → Grafitización a temperatura ultraalta (2500-2700 grados) → Impregnación al vacío (resina/asfalto) → Sinterización secundaria (curado) → Precisión CNC procesamiento (grabado de canal de flujo) → Tratamiento de superficie (esmerilado/recubrimiento) → Inspección de dimensiones y rendimiento → Embalaje y entrega
2. Proceso de producción de placas bipolares compuestas de grafito.
Mezcla de materia prima (polvo de grafito + resina + aditivos) → Mezcla por fusión y plastificación → Conformación moldeada (150-200 grados, 10-30 MPa) → Solidificación y enfriamiento → Tratamiento de superficie → Procesamiento de canal de flujo → Procesamiento de ranura de sellado → Inspección de rendimiento → Embalaje y entrega
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Parámetros clave del canal de flujo.
Ancho: 1-3 mm (equilibra el caudal y la pérdida de presión)
Profundidad: 0,5-2 mm (afecta el tiempo de residencia del electrolito)
Espaciado: 2-5 mm (garantiza resistencia estructural y área conductora)
Radio: R Mayor o igual a 0,2 mm (reduce la concentración de tensiones y previene grietas)
Puntos clave de control del proceso
Temperatura de grafitización: superior a 2500 grados (para garantizar una alta conductividad y un bajo contenido de cenizas)
Proceso de impregnación: Impregnación a presión al vacío (para mejorar la densidad y reducir la porosidad a <3%)
Procesamiento CNC: herramientas de diamante, velocidad de rotación 8000-12000 rpm (para garantizar la precisión del canal de flujo ±0,01 mm)
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