Bạn có biết về pin nhiên liệu và cách phủ lớp lên các tấm lưỡng cực giúp cải thiện hiệu suất của nó không? Hãy cùng tìm hiểu!
Pin nhiên liệu là máy phát điện điện hóa xử lý nhiên liệu và tạo ra điện năng. Một yếu tố quan trọng khác trong pin nhiên liệu là tấm lưỡng cực; đó là tấm dẫn điện giữa các cụm pin nhiên liệu liền kề. Khi các tấm lưỡng cực này được phủ một lớp vật liệu, chúng có thể tăng hiệu suất và độ bền của pin nhiên liệu.
Dưới đây là năm cách chính mà lớp phủ giúp tăng hiệu suất của pin nhiên liệu:
Khi chịu áp lực, độ dẫn điện tăng lên.
Tấm lưỡng cực thực hiện nhiệm vụ quan trọng là cung cấp các kết nối điện giữa các cụm pin nhiên liệu. Chúng ta có thể giảm điện trở tiếp xúc và tăng cường độ dẫn điện thông qua tấm này bằng cách phủ lớp vật liệu dẫn điện như vàng, bạc hoặc than chì. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển electron và cải thiện hiệu suất điện của pin nhiên liệu. Lớp phủ dẫn điện cũng làm giảm tốc độ ăn mòn của kim loại nền, đó là lý do tại sao độ dẫn điện được duy trì.
Tăng khả năng chống thấm nước
Điện cực cần có các đường dẫn chất phản ứng được hình thành trên bề mặt của tấm lưỡng cực. Nếu bề mặt chất xúc tác có xu hướng ưa nước, nó sẽ giữ lại các giọt nước, cản trở dòng chảy của các kênh chất phản ứng. Chúng ta nên tránh xu hướng tạo màng nước bằng cách xử lý tấm bằng các polyme flo hoặc polyme hiđrocacbon để vận chuyển chất phản ứng trơn tru hơn. Điều này giúp tránh hiện tượng ngập catốt, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của pin nhiên liệu, ngoài ra còn làm tăng tính kỵ nước.
Bảo vệ chống ăn mòn
Điều kiện hoạt động của pin nhiên liệu thường có môi trường axit, dẫn đến sự ăn mòn các tấm kim loại. Khi phủ các lớp bảo vệ bằng hợp kim crom hoặc niken, ta sẽ có thêm một lớp chống ăn mòn trên bề mặt tấm. Dòng điện phản hồi cũng ngăn chặn sự mài mòn hoặc ăn mòn liên tục của vật liệu tấm, đồng thời ngăn ngừa sự đông cứng và duy trì khả năng dẫn điện. Nhờ đó, việc sử dụng các lớp phủ chống ăn mòn giúp giảm đáng kể tuổi thọ của các bộ phận pin nhiên liệu.
Cải thiện sự khuếch tán khí
Để hoạt động hiệu quả, tấm lưỡng cực cần có sự phân bố đồng đều các khí phản ứng như hydro và oxy và không dẫn điện. Lớp phủ của các vật liệu như carbon xốp góp phần tối đa hóa tốc độ khuếch tán đồng thời ngăn chặn sự truyền electron đến các vị trí không hoạt động. Từ đó, chúng nâng cao hiệu suất của pin nhiên liệu bằng cách tăng tốc độ vận chuyển khí. Các rào cản khuếch tán được thiết kế tối ưu vẫn đóng vai trò trung tâm trong việc kiểm soát chính xác tốc độ tiêu thụ chất phản ứng.
Giảm cân
Mật độ công suất cao nhờ pin nhiên liệu nhẹ hơn, cộng thêm lợi ích về chi phí vật liệu. Chúng ta có thể phủ các lớp màng mỏng gồm kim loại, oxit kim loại hoặc polyme dẫn điện với độ dày vài micromet lên vật liệu nhựa nhẹ, từ đó giảm đáng kể trọng lượng của các tấm than chì. Điều này được thực hiện nhờ sử dụng các tấm nhẹ được phủ lớp màng, giúp giảm đáng kể độ dẫn điện của các tấm cồng kềnh xuống chỉ còn một phần nhỏ trọng lượng tổng thể. Hơn nữa, do độ dày của các lớp phủ thu được dao động từ nanomet đến micromet, độ bền không bị ảnh hưởng.
Ứng dụng phương pháp khắc quang hóa trong tấm lưỡng cực
Tóm lại, thông qua việc tăng cường lớp phủ, chúng nâng cao các đặc tính vốn có của tấm lưỡng cực, cải thiện nhiều thông số của pin nhiên liệu. Một số bộ lớp phủ có sẵn cho phép cải thiện có chọn lọc một số đặc tính phù hợp với các điều kiện hoạt động và yêu cầu hiệu suất cụ thể của pin nhiên liệu. Do đó, các lớp phủ hiệu suất cao và đồng nhất cao có được thông qua quá trình khắc quang hóa có thể được các nhà phát triển pin nhiên liệu áp dụng lên chất nền lưỡng cực với độ chính xác vượt trội. Và điều đó giúp giải phóng hiệu suất được nâng cao từ những máy phát điện của thế kỷ 21 này.
Nhà cung cấp tấm lưỡng cực độ chính xác cao trọn gói
Nhà máy khắc quang hóa TMN cung cấp các tấm lưỡng cực kim loại cho pin nhiên liệu và máy điện phân bằng phương pháp khắc quang hóa. Quy trình này cho phép tạo ra các sản phẩm không có gờ, không gây ứng suất, thiết kế kênh phức tạp mà không cần đến các dụng cụ chuyên dụng đắt tiền. Chúng tôi cũng cung cấp tư vấn kỹ thuật về chi phí và giá cả từ giai đoạn tạo mẫu đến sản xuất hàng loạt. TMN cung cấp sản phẩm của mình cho ngành công nghiệp năng lượng bền vững.
Câu Hỏi Thường Gặp
Những vật liệu thực tế nào được sử dụng trong quá trình phủ lớp lên các tấm lưỡng cực?
Các vật liệu được sử dụng để phủ lên các tấm lưỡng cực bao gồm kim loại như vàng và bạc, than chì, polyme như flo-polyme và hiđrocacbon, hợp kim crom và niken, và cacbon. Loại vật liệu được lựa chọn phụ thuộc vào loại đặc tính cần được cải thiện.
Độ dày của lớp phủ trên các tấm lưỡng cực này là bao nhiêu?
Thông thường, chỉ có những lớp phủ rất mỏng – từ vài hạt siêu nhỏ đến vài micromet tiêu chuẩn. Điều này giúp duy trì trọng lượng nhẹ của các tấm trong khi vẫn đảm bảo tính thẩm mỹ của lớp phủ.
Việc phủ lớp bảo vệ lên các tấm lưỡng cực làm tăng chi phí đại tu đến mức nào?
Dĩ nhiên, lớp phủ làm tăng chi phí nhưng không phải toàn bộ, nó đi kèm với những cải tiến về hiệu quả, độ bền và do đó, mật độ năng lượng. Tổng chi phí của toàn bộ hệ thống thậm chí có thể giảm xuống do trọng lượng nhẹ và tuổi thọ cao.
Việc tìm hiểu các kỹ thuật phủ lớp nào được sử dụng trong các tấm lưỡng cực là rất quan trọng.
Một số phương pháp được sử dụng để phủ bề mặt bao gồm PVD, CVD, sol-gel, điện phân và khắc quang hóa. Phương pháp này dựa trên ba yếu tố: vật liệu tiếp xúc với lớp phủ và đặc tính của lớp phủ.
Liệu lớp phủ có thể bị bong tróc hoặc xuống cấp trong suốt vòng đời của pin nhiên liệu không?
Các hệ thống phủ có kinh nghiệm lâu năm trong công nghiệp, với độ bám dính cao với chất nền, sẽ không bị xuống cấp theo thời gian và ở điều kiện hoạt động cao hơn. Khả năng tương thích vật liệu với pin nhiên liệu trong cấu tạo các bộ phận giúp loại bỏ nguy cơ bong tróc hoặc xuống cấp.
Việc sử dụng tấm phủ thay vì tấm không phủ mang lại hiệu quả cao hơn như thế nào?
Theo nguyên tắc này, người ta quan sát thấy sự gia tăng của các thông số đó, từ 5-20%, dựa trên đó các đặc tính được lựa chọn để tối ưu hóa. Có thể đạt được một số cải tiến ở các khía cạnh khác nhau để có kết quả tổng thể tốt hơn nếu áp dụng nhiều lớp phủ.
Hãy truy cập trang LinkedIn của chúng tôi để biết thêm thông tin.
