Jesteś na przeglądzie konstrukcji ogniwa dla akumulatora przepływowego wanadu o mocy 30 kW. Rama jest obrobiona maszynowo, a partia filcu elektrodowego ma wymiary od 4,1 do 5,0 mm na 52 arkuszach. Ostatnią zmienną jest płyta pola przepływu: elastyczny kompozyt grafitowy, który odkształca się pod wpływem zacisku, lub sztywna płyta węglowo-polimerowa, która zachowuje swoją geometrię. Zły wybór może zwiększyć rezystancję styku o 18% i utrzymać stos poniżej znamionowej gęstości prądu. Odpowiedź zależy od płaskości ramy, tolerancji grubości elektrody i ilości mocy pompowania, jaką chcesz wydać.
Czym elastyczne i sztywne płyty pola przepływu różnią się pod względem mechanicznym
Obydwa typy płytek przewodzą prąd, rozprowadzają elektrolit i podtrzymują elektrodę przed siłą śruby. Różnią się modułem sprężystości i reakcją na zmiany grubości.
Elastyczna płyta pola przepływu to podatny arkusz kompozytowy z grafitem węglowym, który odkształca się elastycznie pod wpływem ściskania stosu, aby dostosować się do tolerancji grubości elektrody. Sztywna płyta pola przepływu to sztywny, formowany kompozyt, który utrzymuje geometrię kanału pod tym samym obciążeniem.
Elastyczna płyta jest zwykle zbudowana z folii grafitowej zorientowanej ze spoiwem polimerowym. Jego moduł sprężystości wynosi od 8 do 15 GPa, dzięki czemu zachowuje się jak ściśliwy arkusz. Sztywna płyta jest formowana z żywicy wzmocnionej włóknem węglowym i ma moduł sprężystości od 30 do 50 GPa. Zachowuje się jak element konstrukcyjny.
Praktyczna konsekwencja: elastyczne płytki tolerują zmiany grubości elektrody o /-0,5 mm; sztywne płyty tylko około /-0,1 mm. Jednak sztywne płyty zapobiegają zamykaniu się przekroju poprzecznego kanału pod wpływem ściskania. Ta jedna różnica napędza większość pozostałych kompromisów. Zobacz co to jest płyta kanału twardego przepływu aby bardziej szczegółowo zrozumieć konstrukcję sztywnego wariantu.
Płyta kanału twardego przepływu Płyty z czystego węgla o wysokiej twardości są wytwarzane przez łączenie żywicy, wielokrotne prasowanie pod wysokim ciśnieniem, impregnację i inne procesy koksu asfaltowego i koksu naftowego. Zobacz produkt → Rezystancja kontaktowa i pobór prądu
Elastyczne płytki zapewniają niższą początkową rezystancję styku przy tym samym momencie obrotowym; sztywne płyty utrzymują rezystancję styku bardziej stabilnie po cyklach termicznych. Rezystancja styku pomiędzy płytą węglową a filcem węglowym zależy od obciążenia pomnożonego przez powierzchnię styku. Elastyczna płytka rozkłada obciążenie żeber na więcej filcowych pasm.
W jednym teście stosu 0,4 m^2 elastyczna płyta z żebrami 1,5 mm osiągnęła 28 mOhm-cm^2 przy 9 N/cm^2. Sztywna płyta potrzebowała żeber o średnicy 2,0 mm, aby osiągnąć 32 mOhm-cm^2. Po 800 cyklach termicznych od 20 do 55 C sztywna płyta zachowała 95% swojej pierwotnej rezystancji styku; elastyczna płyta spadła do 85%.
28 mOhm-cm^2 Elastyczna rezystancja początkowa styku płytki przy 9 N/cm^2
32 mOhm-cm^2 Sztywna płytka o rezystancji początkowej styku z żebrami 2,0 mm
95% kontra 85% Utrzymanie kontaktu po 800 cyklach termicznych: sztywne vs elastyczne
Hydraulika, spadek ciśnienia i geometria kanału
Sztywne płyty umożliwiają głębsze kanały, co zmniejsza spadek ciśnienia i moc pompowania. Głębokość kanału wpływa na spadek ciśnienia przy odwróconym sześcianie w przepływie laminarnym. W kanale serpentynowym o szerokości 1,5 mm i długości 600 mm zwiększenie głębokości z 1,0 do 1,5 mm zmniejsza spadek ciśnienia o około 70%.
W urządzeniu VRFB o mocy 50 kW przy 90 l/min zmniejszenie spadku ciśnienia w komorze o 0,4 bara pozwala zaoszczędzić około 600 W mocy pompowania, czyli około 1,2% wydajności komina. Elastyczne płytki są ograniczone do płytszych profili, ponieważ głębsze kanały zmniejszają obszar żeber, które zaciskają elektrodę. Z czasem wpełzają również do kanału, przez co głębokość efektywna maleje. Sztywne płyty utrzymują głębokość kanału przez cały okres użytkowania stosu.
Geometria płyty przepływowej wpływa na gęstość mocy w większym stopniu, niż większość zespołów się spodziewa – przeczytaj naszą analizę dalej jak geometria płyty przepływowej może poprawić gęstość mocy systemu .
Niezawodność uszczelnienia: elastyczne a sztywne płyty w montażu
Sztywne płyty uszczelniają się bardziej przewidywalnie dzięki płaskiej ramie; elastyczne płyty są bardziej tolerancyjne na wypaczenia ramy. Plastikowa rama ma zazwyczaj odchylenie płaskości od 0,3 do 0,5 mm na długości 600 mm. Elastyczna płyta podąża za tym odchyleniem, więc uszczelka ściska się zmiennie, ale pozostaje w odpowiednim zakresie. Sztywna płyta nie nadąża, więc powierzchnia uszczelki zwykle wymaga obróbki lub dodatkowej miękkiej warstwy uszczelki.
Sztywna płytka ma inną wadę: nadmierne dokręcenie jednej śruby o 20% prawie nie daje żadnego efektu. Elastyczna płyta staje się cieńsza lokalnie przy tej śrubie, więc żebro pod nią może się zapaść lub zamknąć kanał.
| Kryterium | Elastyczna płyta pola przepływu | Płyta pola sztywnego przepływu |
| Moduł sprężystości | 8-15 GPa | 30-50 GPa |
| Tolerancja grubości | /-0,3 mm | /-0,1 mm |
| Zalecane mocowanie | 6-10 N/cm^2 | 10-14 N/cm^2 |
| Twardość uszczelki (Shore A) | 70-80 | 50-60 |
| Współczynnik spadku ciśnienia | 1.0 | 0.7 |
| Utrzymanie cyklu termicznego | 85% po 800 cyklach | 95% po 800 cyklach |
Elastyczna płyta kanału przepływowego Płyty z czystego materiału węglowego wykonane z grafitu ekspandowanego pod wysokim ciśnieniem można przetwarzać w różne struktury kanałów przepływowych za pomocą maszyn do sztancowania, maszyn do grawerowania... Zobacz produkt → Elastyczny czy sztywny: który do Twojego stosu?
Wybierz elastyczność, gdy płaskość ramy i grubość elektrody są różne; wybierz sztywny, gdy potrzebujesz dużej gęstości mocy i przewidywalnej hydrauliki.
Wybierz elastyczną płytę, gdy
- Powierzchnia komórki jest większa niż 0,4 m^2, a rama jest formowana wtryskowo
- Grubość filcu elektrody zmienia się o więcej niż /-0,3 mm
- Droga przepływu jest krótka, a spadek ciśnienia nie jest dominujący
- Twoja ekipa konserwacyjna może ponownie dokręcić stos po uformowaniu
Wybierz sztywną płytę, gdy
- Docelowa gęstość mocy przekracza 300 mW/cm^2
- Ścieżka przepływu jest długa i ma wiele serpentynowych zakrętów
- Używasz spawanych krawędzi lub metalowej płyty bipolarnej
- Po uruchomieniu stos nie będzie ponownie dokręcany
Koszt, oprzyrządowanie i łańcuch dostaw: elastyczne a sztywne w skali
Elastyczne płyty są tańsze przy małych ilościach; sztywne płyty wygrywają powyżej kilku tysięcy sztuk. Z walcowanego arkusza wycina się elastyczną płytę. W przypadku ogniwa o powierzchni 0,4 m^2 surowiec w arkuszach kosztuje około 2,5 do 3,5 razy mniej niż koszt jednostkowy formowanej sztywnej płyty przy 100 sztukach, ponieważ sztywna płyta przenosi amortyzację narzędzi. Przy ilości 5000 sztuk sztywna formowana płyta staje się tańsza w przeliczeniu na jednostkę, ponieważ materiał jest wykorzystywany bardziej efektywnie, a czas cyklu jest krótki.
Oprzyrządowanie do sztywnej płyty to zazwyczaj forma tłoczna z wieloma wnękami. Początkowa inwestycja zależy od rozmiaru płyty, liczby kanałów i wymaganej płaskości. Jeśli Twój projekt często się zmienia, elastyczna produkcja płyt z arkuszy zapewnia większą swobodę iteracji bez płacenia za nową formę.
Jiaxing Naco New Material Co., Ltd. produkuje zarówno elastyczne płyty kanałów przepływowych, jak i sztywne płyty kanałów przepływowych, dzięki czemu można ocenić obie konfiguracje pod kątem tej samej tolerancji produkcyjnej i tej samej kontroli jakości. Kupując którąkolwiek z płyt, poproś dostawcę o tolerancję grubości surowego arkusza lub wypraski, ponieważ od tego zależy, czy potrzebujesz grubszego filcu, czy dodatkowej kompensacji uszczelki.
Płyta bipolarna wzmocniona włóknem węglowym z tworzywa węglowego Karbonowe płyty bipolarne naszej firmy są pierwszymi w branży elastycznymi płytami bipolarnymi z grafitu wzmocnionymi włóknem węglowym. Nie łamią się nawet przy zgięciu pod kątem 360°,... Zobacz produkt → Lista kontrolna decyzji dla Twojego stosu
Najpierw dopasuj płytkę do najsłabszej tolerancji stosu, a następnie do jej ścieżki przepływu.
- Zmierzyć grubość filcu elektrodowego w całej partii. Jeśli rozpiętość przekracza /-0,3 mm, należy zacząć od elastycznej płyty.
- Sprawdź płaskość ramy. Jeśli przekracza 0,3 mm na 600 mm, należy unikać sztywnej płyty, chyba że powierzchnia uszczelki będzie obrobiona.
- Oblicz spadek ciśnienia w kanale przy przepływie docelowym. Jeśli przekracza budżet pompy, zmień sztywną płytę z głębszym kanałem.
- Oszacuj całkowitą liczbę jednostek i zmień częstotliwość poniżej 2000 jednostek. Prototypowanie elastycznych płyt jest szybsze, ale oprzyrządowanie do płyt sztywnych opłaca się na dużą skalę.
- Przetestuj pierwszy stos z obydwoma płytami. Zmierz rezystancję styku i stopień nieszczelności po 500 cyklach termicznych przed zatwierdzeniem projektu.
Często zadawane pytania
Czy w wanadowym akumulatorze przepływowym redoks można zastosować elastyczną płytkę pola przepływu?
Tak. Elastyczny arkusz kompozytowy jest chemicznie kompatybilny z elektrolitem wanadowym, jeśli spoiwo polimerowe zostanie odpowiednio dobrane. Głównym ryzykiem jest pełzanie w czasie, dlatego należy zaplanować ponowne dokręcenie po pierwszych 50 do 200 godzinach pracy.
Jak wypada rezystancja styku pomiędzy płytkami elastycznymi i sztywnymi?
Płyty elastyczne zwykle wykazują niższą początkową rezystancję styku, ponieważ podatny materiał dopasowuje się do filcu. Sztywne płyty wymagają szerszych żeber, aby osiągnąć porównywalne wartości, ale zachowują lepszą rezystancję kontaktową w porównaniu z cyklami termicznymi.
Który typ płyty ma dłuższą żywotność?
Sztywne płyty zazwyczaj wytrzymują dłużej w stosach o wysokiej temperaturze, ponieważ są odporne na pełzanie i odkształcenia kanałowe. Elastyczne płyty wytrzymują dłużej w zastosowaniach z nierównymi ramami, ponieważ tolerują odchylenia od płaskości i nie przeciekają.
Czy płyty pola przepływu wymagają osobnej uszczelki?
Tak. Obydwa typy wymagają uszczelki pomiędzy płytą a ramą. Twardość uszczelek jest różna – miękkie uszczelki (50 do 60 Shore A) łączą się ze sztywnymi płytkami, twardsze uszczelki (70 do 80 Shore A) łączą się z elastycznymi płytkami.
