01 परिचय
प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (पीईएमएफसी), ऐसे उपकरण के रूप में जो रासायनिक मुक्त ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर सकते हैं, प्रतिक्रिया के बाद उपोत्पाद के रूप में केवल पानी का उत्पादन करते हैं। वे ऊर्जा दक्षता, उच्च ऊर्जा रूपांतरण दर, उच्च विश्वसनीयता, कमरे के तापमान पर तेजी से शुरू होने और लंबी सेवा जीवन [1] जैसे लाभ प्रदान करते हैं। ये विशेषताएं पीईएमएफसी को स्थिर अनुप्रयोगों (उदाहरण के लिए, संचार बेस स्टेशन, संयुक्त गर्मी और बिजली), मोबाइल एप्लिकेशन (उदाहरण के लिए, ऑटोमोबाइल, समुद्री जहाज), और पोर्टेबल एप्लिकेशन (उदाहरण के लिए, कंप्यूटर, कैमरे) में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं और बाजार क्षमता प्रदान करती हैं। इन्हें थर्मल, हाइड्रो और परमाणु ऊर्जा के बाद चौथी बिजली उत्पादन विधि के रूप में प्रतिष्ठित किया जाता है [2]।
पीईएमएफसी के प्रमुख घटकों के रूप में द्विध्रुवी प्लेटें (बीपी), मुख्य रूप से ऑक्सीडेंट और ईंधन को अलग करने और वितरित करने, करंट का संचालन करने, झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली का समर्थन करने और आंतरिक स्टैक तापमान को नियंत्रित करने का कार्य करती हैं [3]। ईंधन सेल परिचालन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, बीपी में उत्कृष्ट गैस अभेद्यता, अच्छी विद्युत चालकता और संक्षारण प्रतिरोध, पर्याप्त तापीय चालकता और यांत्रिक गुण होने चाहिए [3]। इस बीच, बीपी वर्तमान में पीईएमएफसी के वजन और मात्रा का लगभग 80% और इसकी लागत का लगभग 50% है। कार्यात्मक आवश्यकताओं को सुनिश्चित करते हुए, पीईएमएफसी बिजली घनत्व में सुधार और उत्पादन लागत को कम करने के लिए बीपी को जितना संभव हो उतना पतला और हल्का बनाना बहुत महत्वपूर्ण है। अभ्यास से पता चला है कि द्विध्रुवी प्लेट प्रदर्शन को अनुकूलित करने से स्टैक पावर घनत्व लगभग 20% बढ़ सकता है, जो 6-9 किलोवाट/लीटर तक पहुंच सकता है [3]। इसलिए, पीईएमएफसी प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए बीपी सामग्री और निर्माण प्रक्रियाओं में सुधार करना बहुत महत्वपूर्ण है।
द्विध्रुवी प्लेटों के लिए डीओई प्रदर्शन लक्ष्य(तालिका छोड़ी गई)
पीईएमएफसी संरचना आरेख(आंकड़ा छोड़ा गया)
02 द्विध्रुवी प्लेटों का वर्गीकरण और अनुप्रयोग क्षमता विश्लेषण
सामग्री संरचना के आधार पर, द्विध्रुवी प्लेटों को मुख्य रूप से चार श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: ग्रेफाइट द्विध्रुवी प्लेटें, लचीली ग्रेफाइट द्विध्रुवी प्लेटें, धात्विक द्विध्रुवी प्लेटें, और मिश्रित द्विध्रुवी प्लेटें [4]।
2.1 ग्रेफाइट द्विध्रुवी प्लेटें
ग्रेफाइट बीपी के लिए विकसित सबसे शुरुआती सब्सट्रेट सामग्रियों में से एक था, जिसमें कम घनत्व, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और गैस प्रसार परत के साथ कम संपर्क प्रतिरोध था। हालाँकि, ग्रेफाइट बीपी में अपेक्षाकृत उच्च सरंध्रता होती है, जिससे गैस की जकड़न आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल हो जाता है। इसके अतिरिक्त, ग्रेफाइट कम ताकत वाला और भंगुर होता है, इसलिए तैयार प्लेटें धातुई बीपी की तुलना में काफी मोटी होती हैं [2]।
ग्रेफाइट बीपी पर अनुसंधान ने ग्रेफाइट सामग्री और संसेचन विधियों पर ध्यान केंद्रित किया है। हालाँकि गैस की जकड़न और संरचनात्मक मजबूती में सुधार की दिशा में कुछ प्रगति हुई है, फिर भी वे PEMFC परिचालन आवश्यकताओं से कम हैं [2]।
सामग्री प्रकार के अनुसार, ग्रेफाइट बीपी को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:
कठोर ग्रेफाइट बीपी, जिन्हें मशीनी ग्रेफाइट प्लेट भी कहा जाता है, मुख्य रूप से जीवाश्म ईंधन के उपोत्पादों से बनाई जाती हैं, जिन्हें कैल्सीनेशन, वैक्यूम संसेचन, उच्च तापमान ग्रेफाइटाइजेशन के माध्यम से संसाधित किया जाता है, और फिर विशिष्ट प्रवाह चैनल बनाने के लिए सीएनसी द्वारा मशीनीकृत किया जाता है। प्रत्येक सेट के लिए सीएनसी मशीनिंग की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत उच्च लागत आती है। इनका उपयोग मुख्य रूप से डिजाइन विकास के लिए किया जाता है, और बड़े पैमाने पर उत्पादन में उनकी बाजार हिस्सेदारी धीरे-धीरे अन्य प्रकारों से प्रतिस्थापित की जा रही है [5]।
लचीले ग्रेफाइट बीपी, जिन्हें मोल्डेड प्लेट्स या विस्तारित ग्रेफाइट बीपी के रूप में भी जाना जाता है, आम तौर पर विस्तारित ग्रेफाइट को पॉलिमर राल पाउडर के साथ मिलाकर मोल्डिंग के बाद, या पूर्व-दबाए गए विस्तारित ग्रेफाइट शीट्स को संसेचित करके उत्पादित किया जाता है। लचीले ग्रेफाइट बीपी हल्के, संक्षारण प्रतिरोधी और प्रवाहकीय होते हैं, जो उन्हें एक आदर्श सामग्री बनाते हैं, लेकिन उनमें यांत्रिक गुणों और गैस की जकड़न की कमी होती है [2]।
2.2 धात्विक द्विध्रुवी प्लेटें
धातुई बीपी सामग्री में मुख्य रूप से एल्यूमीनियम, स्टेनलेस स्टील, टाइटेनियम और निकल मिश्र धातु शामिल हैं [3]।
धात्विक बीपी अच्छी विद्युत चालकता, गैस की जकड़न और झुकने की ताकत प्रदान करते हैं। इसके अलावा, धातुओं की उत्कृष्ट लचीलापन के कारण, प्रवाह क्षेत्र संरचनाओं के साथ पतली प्लेटों को मुद्रांकन के माध्यम से तैयार किया जा सकता है, जिससे पीईएमएफसी वॉल्यूमेट्रिक पावर घनत्व में काफी सुधार होता है [2]। हालाँकि, धातुई बीपी पीईएमएफसी वातावरण (पीएच ~2-3, टी=80-100 डिग्री) में संक्षारण के प्रति संवेदनशील होते हैं, जिससे धातु आयन निकलते हैं जो ईंधन सेल संचालन पर प्रतिकूल प्रभाव डालते हैं। इस बीच, सतह पर एक निष्क्रिय परत के गठन से संपर्क प्रतिरोध में उल्लेखनीय वृद्धि होती है, जिससे दीर्घकालिक विश्वसनीयता गंभीर रूप से सीमित हो जाती है [2]।
धातु बीपी के संक्षारण प्रतिरोध में सुधार के लिए वर्तमान मुख्य रणनीतियों में संक्षारण प्रतिरोधी कोटिंग्स लगाना और सब्सट्रेट संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करना शामिल है [2]। कोटिंग्स संक्षारण प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकती हैं, लेकिन चालकता, प्रक्रिया जटिलता और लागत को संतुलित करना चुनौतीपूर्ण है। इसके अलावा, संक्षारण परीक्षण आम तौर पर कम अवधि के होते हैं, इसलिए परिणाम वास्तविक {{5} दुनिया के दीर्घकालिक प्रदर्शन को प्रतिबिंबित नहीं कर सकते हैं [2]। वर्तमान शोध से पता चलता है कि एकल कोटिंग्स की भी सीमाएँ हैं; उदाहरण के लिए, टाइटेनियम मिश्र धातुओं में उनकी ऑक्साइड फिल्म के कारण अच्छा संक्षारण प्रतिरोध होता है, लेकिन इससे संपर्क प्रतिरोध बढ़ जाता है, जिसके लिए सतह चालकता वृद्धि उपचार की आवश्यकता होती है। संक्षारण प्रतिरोध और लागत के मुद्दे धातुई बीपी को बड़े पैमाने पर अपनाने में प्रमुख बाधा बने हुए हैं [2]।
ल्यू जियानज़ियांग [6] और अन्य। संक्रमण धातु कार्बाइड कोटिंग्स, संक्रमण धातु नाइट्राइड कोटिंग्स, अनाकार कार्बन कोटिंग्स, ग्राफीन आधारित कोटिंग्स, प्रवाहकीय बहुलक कोटिंग्स, और ईंधन कोशिकाओं में धातु बीपी के लिए उच्च एन्ट्रॉपी मिश्र धातु कोटिंग्स पर व्यवस्थित रूप से अनुसंधान प्रगति की समीक्षा की गई। उन्होंने बताया कि इंटरलॉकिंग संरचनाओं के साथ बहुपरत कोटिंग्स संभावित रूप से संक्षारण प्रतिरोध और चालकता दोनों में सुधार कर सकती हैं। हाल के अध्ययनों से पता चलता है कि कोटिंग्स में संक्षारण प्रतिरोधी तत्वों को शामिल करना भी एक व्यवहार्य दृष्टिकोण है। इसलिए, मल्टीलेयर कोटिंग्स और एलिमेंटल डोपिंग के संयोजन से धात्विक बीपी के लिए बेहतर संक्षारण प्रतिरोधी कोटिंग्स प्राप्त होने की उम्मीद है।
2.3 समग्र द्विध्रुवी प्लेटें
मिश्रित प्लेटों में दो या दो से अधिक सामग्रियां होती हैं, जिनमें संयुक्त प्रक्रियाएं यांत्रिक, संक्षारण और विद्युत गुणों को अनुकूलित करती हैं। कंपोजिट प्लेटों को संरचनात्मक कंपोजिट और प्रोसेस कंपोजिट में वर्गीकृत किया जा सकता है [7]। सामग्री प्रकार के अनुसार, मिश्रित बीपी को दो प्रमुख श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: पॉलिमर राल/कार्बन कंपोजिट और ग्रेफाइट/धातु कंपोजिट [7]।
2.3.1 पॉलिमर रेज़िन/कार्बन मिश्रित द्विध्रुवी प्लेटें
मिश्रित ग्रेफाइट द्विध्रुवी प्लेटें एक नए प्रकार की हैं, जो मुख्य रूप से कार्बनिक पॉलिमर रेजिन और कार्बन आधारित प्रवाहकीय भराव से बनी हैं। रेज़िन मैट्रिक्स यांत्रिक गुणों को बढ़ाता है और प्रवाहकीय भराव को जोड़ता है, जो गैस की जकड़न और लचीली ताकत में सुधार के लिए मुख्य अनुसंधान फोकस के रूप में कार्य करता है। प्रवाहकीय भराव, ग्रेफाइट द्वारा प्रस्तुत, प्रवाहकीय नेटवर्क बनाने के लिए आपस में जुड़ते हैं [2]।
प्रवाहकीय भराव में आम तौर पर कार्बन ब्लैक, कार्बन फाइबर (सीएफ), विस्तारित ग्रेफाइट, कार्बन नैनोट्यूब, सिंथेटिक ग्रेफाइट (एसजी), और ग्राफीन शामिल होते हैं; पॉलिमर रेजिन में पॉलीप्रोपाइलीन, पॉलीएथेरेथेरकेटोन (पीईईके), पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट (पीईटी), एपॉक्सी रेजिन और फेनोलिक रेजिन [8] शामिल हैं।
ग्रेफाइट संशोधन या रेजिन एडिटिव्स के साथ संयुक्त राल और प्रवाहकीय भराव की संरचना और द्रव्यमान अनुपात को समायोजित करके, समग्र ग्रेफाइट बीपी के विभिन्न गुणों को ट्यून और अनुकूलित किया जा सकता है। इसके अलावा, उन्नत तैयारी तकनीक और पोस्ट {{1}प्रसंस्करण {{2}जैसे कि ग्रेफाइट फिलर्स के अभिविन्यास और फैलाव को नियंत्रित करना, और ग्रेफाइट/राल इंटरफेशियल गुणों को अनुकूलित करना {{3}सीधे मोल्ड किए गए समग्र प्लेटों के मैक्रो - और माइक्रोस्ट्रक्चर को प्रभावित करते हैं, जिससे सीधे उनके प्रदर्शन पर असर पड़ता है [2]।
वर्तमान में, मिश्रित बीपी के लिए घरेलू उत्पादन तकनीक अभी तक परिपक्व नहीं हुई है, जिसका मुख्य कारण कच्चे माल के फॉर्मूलेशन का अधूरा स्थानीयकरण, बड़े पैमाने पर निरंतर उत्पादन की कमी और उच्च लागत है। इसलिए, कम लागत वाले कच्चे माल की खोज, फॉर्मूलेशन अनुपात और प्रसंस्करण स्थितियों का अनुकूलन, और उत्पादन चक्र को छोटा करना प्रमुख अनुसंधान दिशाएँ बनी हुई हैं [9]।
2.3.2 ग्रेफाइट/धातु मिश्रित द्विध्रुवी प्लेटें
ग्रेफाइट/धातु मिश्रित प्लेटें विभाजक के रूप में एक धातु परत का उपयोग करती हैं और छिद्रपूर्ण पतली कार्बन प्लेटें या ग्रेफाइट प्लेटें (इंजेक्शन मोल्डिंग और बेकिंग द्वारा बनाई गई) प्रवाह क्षेत्र प्लेटों के रूप में, प्रवाहकीय चिपकने वाले के साथ बंधी होती हैं [7]। धातुएँ अच्छी चालकता, उच्च शक्ति और गैस अभेद्यता प्रदान करती हैं, जबकि ग्रेफाइट संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है। इस प्रकार, ग्रेफाइट मुख्य रूप से सीलिंग या सुदृढीकरण कार्यों को सहन करने की आवश्यकता के बिना चालन और प्रवाह चैनलों के लिए कार्य करता है, जिससे पूरक लाभ की अनुमति मिलती है [7]।
धातु आधारित मिश्रित प्लेटें ग्रेफाइट और धातु प्लेटों दोनों के फायदों को जोड़ती हैं, जिससे समग्र प्रदर्शन में सुधार होता है। हालाँकि, उनकी जटिल संरचना और निर्माण प्रक्रियाएँ बड़े पैमाने पर उत्पादन को कठिन बनाती हैं, और उत्पादन लागत कार्बन आधारित कंपोजिट की तुलना में कहीं अधिक है। सामान्य पीईएमएफसी पदोन्नति के लिए चुनौतियों के बावजूद, विशेष अनुप्रयोगों के लिए उनके पास फायदे हैं [7]।
03 लचीले ग्रेफाइट और ग्रेफाइट मिश्रित द्विध्रुवी प्लेटों पर अनुसंधान प्रगति
उपरोक्त से, लचीले ग्रेफाइट और ग्रेफाइट मिश्रित बीपी अधिक संतुलित समग्र प्रदर्शन और मजबूत विकास क्षमता प्रदर्शित करते हैं। बीपी प्रदर्शन आवश्यकताओं के अनुसार, प्रमुख संकेतकों में गैस पारगम्यता, विद्युत चालकता, संपर्क प्रतिरोध, लचीली ताकत और संक्षारण दर शामिल हैं, जो बीपी के लिए मुख्य अनुसंधान दिशाएं हैं।
विभिन्न प्रकार के बीपी के फायदे और नुकसान की तुलना(तालिका छोड़ी गई)
3.1 ग्रेफाइट मिश्रित द्विध्रुवी प्लेटों की चालकता और लचीली ताकत पर पॉलिमर संशोधन का प्रभाव
ज़ेंग हाओडोंग [8] और अन्य। प्राथमिक प्रवाहकीय भराव के रूप में विस्तारित ग्रेफाइट का उपयोग करके पॉलीएथेरेथेरकेटोन (पीईईके) राल के साथ संशोधित पॉलीमाइड (पीआई) राल, और संपीड़न मोल्डिंग द्वारा पीईएमएफसी के लिए मिश्रित द्विध्रुवी प्लेटें तैयार की गईं। उन्होंने समग्र बीपी प्रदर्शन पर राल सामग्री और ग्राफीन जोड़ के प्रभावों की जांच की। परिणामों से पता चला कि 40% के एक निश्चित राल द्रव्यमान अंश और 1:1.25 के पीआई: पीईईके द्रव्यमान अनुपात के साथ, विस्तारित ग्रेफाइट/पीआई - पीईईके समग्र बीपी नमूनों ने इष्टतम विद्युत चालकता (181.8 एस/सेमी) और फ्लेक्सुरल ताकत (43.49 एमपीए) हासिल की, जो शुद्ध पीआई राल नमूनों की तुलना में चालकता में 64.7% की वृद्धि का प्रतिनिधित्व करता है।
ली हैंग [10] और अन्य। प्रवाहकीय समुच्चय के रूप में प्राकृतिक फ्लेक ग्रेफाइट (एनजी) और बाइंडर्स के रूप में फेनोलिक रेजिन (पीएफ) और असंतृप्त पॉलिएस्टर रेजिन (यूपीआर) का उपयोग किया जाता है, संपीड़न मोल्डिंग द्वारा एनजी/पीएफ/यूपीआर मिश्रित बीपी तैयार किया जाता है। उन्होंने चालकता और लचीली ताकत पर पीएफ/यूपीआर द्रव्यमान अनुपात, राल सामग्री और मोल्डिंग स्थितियों के प्रभावों का अध्ययन किया। परिणामों ने संकेत दिया कि 20 wt% राल सामग्री, 6:1 के पीएफ/यूपीआर द्रव्यमान अनुपात, दबाव तापमान 100 डिग्री, मोल्डिंग दबाव 30 एमपीए, मोल्डिंग तापमान 180 डिग्री और मोल्डिंग समय 2 घंटे की शर्तों के तहत, एनजी/पीएफ/यूपीआर कंपोजिट ने 336.1 एस/सेमी की विद्युत चालकता और 46.5 एमपीए की लचीली ताकत हासिल की। समान परिस्थितियों में एनजी/पीएफ कंपोजिट की तुलना में, चालकता में 134.9% और लचीली ताकत में 21.2% की वृद्धि हुई।
3.2 समग्र बीपी प्रदर्शन पर ग्रेफाइट सब्सट्रेट की मोटाई का प्रभाव
वांग डेंगके [11] और अन्य। 4 मिमी और 6 मिमी मोटाई के विस्तारित ग्रेफाइट सब्सट्रेट्स का उपयोग 1 मिमी मोटाई के एकल {{4}पक्षीय प्रवाह {{5}चैनल ग्रेफाइट बीपी का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, जो मिश्रित लचीली ग्रेफाइट प्लेटों के मोल्डिंग और प्रदर्शन पर सब्सट्रेट मोटाई के प्रभाव का अध्ययन करता है। परिणामों से पता चला कि 4 मिमी सब्सट्रेट ने बेहतर चैनल/रिब ज्यामिति, बेहतर आयामी सटीकता, 2×10⁻⁶ सेमी³·s⁻¹·cm⁻² के डीओई लक्ष्य के नीचे गैस पारगम्यता, 25.4 MPa की लचीली ताकत, 333 S·cm⁻¹ की विद्युत चालकता, और 2.37 mΩ·cm² से नीचे संपर्क प्रतिरोध के साथ प्लेटों का उत्पादन किया। उन्होंने उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध का भी प्रदर्शन किया; उच्च क्षमता (1.6 वी) पर 3000 सेकेंड के बाद, संक्षारण धारा घनत्व स्थिर रहा। इस प्रकार, 1 मिमी लचीली ग्रेफाइट प्लेटों को ढालने के लिए 4 मिमी सब्सट्रेट एक अच्छा विकल्प है, जो डीओई आवश्यकताओं को पूरा करते हुए इष्टतम प्रदर्शन प्रदान करता है। लेखकों को उम्मीद है कि यह काम लचीली ग्रेफाइट प्लेटों के औद्योगीकरण और ईंधन सेल उद्योग के और विकास को बढ़ावा देगा।
3.3 द्विध्रुवी प्लेटों की लचीली ताकत और चालकता पर ग्रेफाइट कण आकार का प्रभाव
कांग [12] और अन्य। दिखाया गया कि मिश्रित बीपी की लचीली ताकत थोक ग्रेफाइट कण आकार में कमी के साथ बढ़ती है, लेकिन चालकता कम हो जाती है। बल्क ग्रेफाइट कण बिंदु संपर्कों के माध्यम से जुड़ते हैं, जबकि फ्लेक ग्रेफाइट आमने-सामने संपर्क बनाते हैं, जिससे प्रवाहकीय नेटवर्क निर्माण और इलेक्ट्रॉन परिवहन की सुविधा मिलती है।
3.4 चालकता पर कार्बन ब्लैक और ग्रेफाइट कण आकार अनुकूलन का प्रभाव
लिम [13] एट अल। एपॉक्सी रेजिन/कार्बन फाइबर प्रीप्रेग पर प्राकृतिक ग्रेफाइट पाउडर, कार्बन ब्लैक और मिथाइल एथिल कीटोन सॉल्वेंट का मिश्रण छिड़का, उन्हें सुखाया, और फिर मिश्रित बीपी बनाने के लिए गर्म दबाव से पहले दोनों तरफ ग्रेफाइट पन्नी के साथ लेमिनेट किया। अपने छोटे कण आकार के कारण, कार्बन ब्लैक अधिक समान रूप से फैलता है और चालकता बढ़ाने में प्राकृतिक ग्रेफाइट पाउडर की तुलना में अधिक प्रभावी था। गौतम [14] एवं अन्य। 1 मिनट के लिए KMnO₄, HClO₄, और HNO₃ के मिश्रित घोल में प्राकृतिक फ्लेक ग्रेफाइट को रासायनिक रूप से अंतःस्थापित किया जाता है, फिर (570±10) mL·g⁻¹ की अधिकतम विशिष्ट मात्रा के साथ विस्तारित ग्रेफाइट का उत्पादन करने के लिए माइक्रोवेव ओवन से विकिरणित किया जाता है। बाद में उन्होंने विस्तारित ग्रेफाइट/कार्बन ब्लैक/ग्रेफाइट माइक्रोपार्टिकल्स/फेनोलिक राल मिश्रित बीपी तैयार किए; एकल सेल परीक्षणों ने प्रवाहकीय भराव के रूप में केवल विस्तारित ग्रेफाइट का उपयोग करके कंपोजिट की तुलना में बेहतर प्रदर्शन दिखाया, जिसका श्रेय प्रवाहकीय भराव के बीच रिक्त स्थान को भरने वाले कार्बन ब्लैक और महीन ग्रेफाइट पाउडर को दिया गया।
3.5 द्विध्रुवी प्लेटों की चालकता और लचीली ताकत पर वैक्यूम संसेचन का प्रभाव
ज़ान ज़िज़ [3] और अन्य। वैक्यूम संसेचन के दौरान राल संसेचन मात्रा पर एपॉक्सी राल मंदक जोड़, तापमान और ग्रेफाइट छिद्र संरचना के प्रभावों का अध्ययन किया, और परिणामी ईंधन सेल बीपी की विद्युत चालकता, लचीली ताकत और गैस की जकड़न का मूल्यांकन किया। परिणामों से पता चला कि मंदक सामग्री और तापमान बढ़ने से राल की चिपचिपाहट कम हो गई, संसेचन क्षमता बढ़ गई और राल को बारीक छिद्रों को भरने की अनुमति मिल गई। हालाँकि, कुछ छिद्र अधूरे रह गए; विस्तारित ग्रेफाइट में 0.1 माइक्रोन से नीचे के छिद्रों को पूरी तरह से घुसना मुश्किल था, जिससे पूर्ण भरने को रोका जा सका। एपॉक्सी रेज़िन/मंदक प्रणाली के लिए इष्टतम वैक्यूम संसेचन तापमान 50 डिग्री था, और इष्टतम मंदक (एथिलीन ग्लाइकॉल डाइग्लिसिडिल ईथर) जोड़ 15 wt% था। प्राप्त बीपी (ईजीपी-एच) में 340.12 एस/सेमी की समतल चालकता, 41.52 एमपीए की लचीली ताकत, और 5.4×10⁻⁷ सेमी³·सेमी⁻²·एस⁻¹ की हीलियम पारगम्यता थी।
04 ग्रेफाइट द्विध्रुवी प्लेट प्रदर्शन में सुधार के लिए मुख्य दृष्टिकोण का सारांश
बीपी प्रदर्शन पर कच्चे माल के प्रकार, अनुपात और मोल्डिंग प्रक्रिया की स्थिति के प्रभावों के संबंध में, चार मुख्य पहलुओं की पहचान की गई है:
(1) राल प्रवाहकीय कणों को बांधता है और क्रॉसलिंकिंग के बाद एक त्रि-आयामी नेटवर्क बनाता है, जिससे यांत्रिक गुणों में सुधार होता है। हालाँकि, अत्यधिक राल चालकता को कम कर देता है। इसलिए, यांत्रिक और विद्युत प्रदर्शन को संतुलित करने के लिए राल सामग्री को अनुकूलित किया जाना चाहिए।
(2) जब ग्रेफाइट मुख्य प्रवाहकीय भराव होता है, तो फ्लेक ग्रेफाइट बल्क ग्रेफाइट की तुलना में अधिक आसानी से प्रवाहकीय मार्ग बनाता है। कण आकार चालकता और यांत्रिक गुणों दोनों को प्रभावित करता है, और अनुकूलन के माध्यम से उचित कण आकार वितरण निर्धारित किया जाना चाहिए।
(3) कार्बन ब्लैक, कार्बन फाइबर, या कार्बन नैनोट्यूब के छोटे जोड़ प्रभावी ढंग से रिक्त स्थान को भर सकते हैं और प्रवाहकीय मार्गों को बढ़ा सकते हैं। इस बीच, वे राल कार्यात्मक समूहों के साथ सहसंयोजक बंधन बना सकते हैं या सीधे क्रूरता में सुधार कर सकते हैं, जिससे लचीली ताकत बढ़ जाती है, जिससे समग्र बीपी की चालकता और यांत्रिक गुणों दोनों में सुधार होता है।
(4) संपीड़न मोल्डिंग में, कच्चे माल के अनुपात और गर्म दबाव की स्थिति को लगातार अनुकूलित करना, समानांतर संचालन को बढ़ाना, उत्पादन चक्र को छोटा करना और निरंतर प्रवाह उत्पादन प्राप्त करना आवश्यक है।