Ti trovi alla revisione della costruzione della cella per una batteria a flusso al vanadio da 30 kW. Il telaio viene lavorato a macchina e il lotto di feltro per elettrodi misura da 4,1 a 5,0 mm su 52 fogli. L'ultima variabile è la piastra del campo di flusso: un composito di grafite flessibile che si deforma sotto il serraggio, o una piastra rigida in polimero di carbonio che ne mantiene la geometria. Una scelta sbagliata può aumentare la resistenza di contatto del 18% e mantenere lo stack al di sotto della densità di corrente nominale. La risposta dipende dalla planarità del telaio, dalla tolleranza dello spessore dell'elettrodo e dalla potenza di pompaggio che si è disposti a spendere.
In che modo le piastre del campo di flusso flessibili e rigide differiscono meccanicamente
Entrambi i tipi di piastre trasportano corrente, distribuiscono l'elettrolita e supportano l'elettrodo contro la forza del bullone. Differiscono nel modulo elastico e nel modo in cui rispondono alla variazione di spessore.
Una piastra flessibile del campo di flusso è un foglio composito di carbonio-grafite conforme che si deforma elasticamente sotto compressione dello stack per adattarsi alla tolleranza dello spessore dell'elettrodo. Una piastra rigida del campo di flusso è un composito stampato rigido che mantiene la geometria del canale sotto lo stesso carico.
Una piastra flessibile è solitamente costituita da un foglio di grafite orientata con un legante polimerico. Il suo modulo elastico è compreso tra 8 e 15 GPa, quindi si comporta come un foglio comprimibile. Una piastra rigida è stampata in resina rinforzata con fibra di carbonio, con un modulo elastico da 30 a 50 GPa. Si comporta come un membro strutturale.
La conseguenza pratica: le piastre flessibili tollerano variazioni di spessore dell'elettrodo di /-0,5 mm; piastre rigide solo circa /-0,1 mm. Ma le piastre rigide impediscono alla sezione trasversale del canale di chiudersi sotto compressione. Questa differenza guida la maggior parte dei restanti compromessi. Vedi cos'è una piastra del canale a flusso rigido per comprendere più in dettaglio la costruzione della variante rigida.
Piastra del canale a flusso rigido Le piastre in materiale di carbonio puro ad alta durezza sono realizzate mediante incollaggio con resina, pressatura ripetuta ad alta pressione, impregnazione e altri processi di coke di asfalto e coke di petrolio... Visualizza il prodotto → Resistenza di contatto e raccolta di corrente
Le piastre flessibili forniscono una resistenza di contatto iniziale inferiore alla stessa coppia; le piastre rigide mantengono la resistenza di contatto più stabile dopo il ciclo termico. La resistenza di contatto tra una piastra in carbonio e un feltro in carbonio dipende dal carico moltiplicato per l'area di contatto. La piastra flessibile distribuisce il carico delle costole su più fili di feltro.
In un test di stack da 0,4 m^2, una piastra flessibile con nervature da 1,5 mm ha raggiunto 28 mOhm-cm^2 a 9 N/cm^2. La piastra rigida necessitava di nervature da 2,0 mm per raggiungere 32 mOhm-cm^2. Dopo 800 cicli termici da 20 a 55 C, la piastra rigida ha mantenuto il 95% della resistenza di contatto originaria; la piastra flessibile è scesa all'85%.
28 mOhm-cm^2 Resistenza di contatto iniziale della piastra flessibile a 9 N/cm^2
32 mOhm-cm^2 Resistenza di contatto iniziale della piastra rigida con nervature da 2,0 mm
95% contro 85% Ritenzione del contatto dopo 800 cicli termici: rigido vs flessibile
Idraulica, caduta di pressione e geometria del canale
Le piastre rigide consentono canali più profondi, riducendo così la caduta di pressione e la potenza di pompaggio. La profondità del canale influisce sulla caduta di pressione con il cubo inverso in un flusso laminare. In un canale a serpentina largo 1,5 mm e lungo 600 mm, aumentando la profondità da 1,0 a 1,5 mm si riduce la caduta di pressione di circa il 70%.
In un VRFB da 50 kW a 90 L/min, riducendo la caduta di pressione della cella di 0,4 bar si risparmiano circa 600 W di potenza di pompaggio, circa l'1,2% della potenza dello stack. Le piastre flessibili sono limitate a profili meno profondi perché i canali più profondi riducono l'area della nervatura che blocca l'elettrodo. Inoltre si insinuano nel canale nel tempo, quindi la profondità effettiva si riduce. Le piastre rigide mantengono la profondità del canale per tutta la vita della pila.
La geometria della piastra di flusso influisce sulla densità di potenza più di quanto la maggior parte dei team si aspetti: continua a leggere la nostra analisi come la geometria della piastra di flusso può migliorare la densità di potenza del sistema .
Affidabilità della tenuta: piastre flessibili e rigide nell'assemblaggio
Le piastre rigide sigillano in modo più prevedibile con un telaio piatto; le piastre flessibili perdonano maggiormente la deformazione del telaio. Un telaio in plastica ha tipicamente una deviazione di planarità da 0,3 a 0,5 mm su 600 mm. La piastra flessibile segue questa deviazione, quindi la guarnizione si comprime in modo variabile ma rimane nel range. La piastra rigida non segue, quindi la superficie di tenuta solitamente necessita di lavorazione o di uno strato aggiuntivo di guarnizione morbida.
La piastra rigida ha un diverso punto debole: serrare eccessivamente un bullone del 20% non ha quasi alcun effetto. La piastra flessibile si assottiglia localmente in corrispondenza di quel bullone, quindi la nervatura sottostante può collassare o chiudere un canale.
| Criterio | Piastra del campo di flusso flessibile | Piastra rigida per campo di flusso |
| Modulo elastico | 8-15 GPa | 30-50 GPa |
| Tolleranza sullo spessore | /-0,3 mm | /-0,1 mm |
| Serraggio consigliato | 6-10 N/cm^2 | 10-14 N/cm^2 |
| Durezza della guarnizione (Shore A) | 70-80 | 50-60 |
| Fattore di caduta di pressione | 1.0 | 0.7 |
| Ritenzione del ciclo termico | 85% dopo 800 cicli | 95% dopo 800 cicli |
Piastra del canale di flusso flessibile Le piastre di materiale di puro carbonio realizzate in grafite espansa ad alta pressione possono essere trasformate in varie strutture di canali di flusso mediante fustellatrici, macchine per incisione... Visualizza il prodotto → Flessibile o rigido: quale per il tuo stack?
Scegliere flessibile quando la planarità del telaio e lo spessore dell'elettrodo variano; scegli il rigido quando hai bisogno di un'elevata densità di potenza e di un'idraulica prevedibile.
Seleziona una piastra flessibile quando
- L'area della cella è maggiore di 0,4 m^2 e il telaio è stampato a iniezione
- Lo spessore del feltro dell'elettrodo varia di oltre /-0,3 mm
- Il percorso del flusso è breve e la caduta di pressione non è dominante
- La tua squadra di manutenzione può riattaccare lo stack dopo la formazione
Selezionare una piastra rigida quando
- La densità di potenza target è superiore a 300 mW/cm^2
- Il percorso del flusso è lungo con molteplici curve tortuose
- Si utilizzano bordi saldati o una piastra bipolare metallica
- Lo stack non verrà serrato nuovamente dopo la messa in servizio
Costi, attrezzature e catena di fornitura: flessibile o rigido su larga scala
Le lastre flessibili sono più economiche a basse quantità; le piastre rigide vincono oltre poche migliaia di unità. Una lastra flessibile viene tagliata da un foglio laminato. Per una cella da 0,4 m^2, il materiale in foglio grezzo costa da 2,5 a 3,5 volte meno del costo unitario di una piastra rigida stampata a 100 pezzi, perché la piastra rigida comporta l'ammortamento dell'utensileria. A 5.000 unità, la piastra stampata rigida diventa più economica per unità perché il materiale viene utilizzato in modo più efficiente e il tempo di ciclo è breve.
L'attrezzatura per una piastra rigida è tipicamente uno stampo a compressione con più cavità. L'investimento iniziale dipende dalle dimensioni della piastra, dal numero di canali e dalla planarità richiesta. Se il tuo progetto cambia frequentemente, la produzione flessibile di lastre da fogli ti offre maggiore libertà di iterare senza pagare un nuovo stampo.
Jiaxing Naco New Material Co., Ltd. produce sia piastre per canali di flusso flessibili che piastre per canali di flusso rigide, in modo da poter valutare le due configurazioni rispetto alla stessa tolleranza di produzione e allo stesso controllo di qualità. Quando acquisti una delle piastre, chiedi al fornitore la tolleranza dello spessore sulla lamiera grezza o sulla modanatura, perché determina se è necessario un feltro più spesso o una compensazione aggiuntiva della guarnizione.
Piastra bipolare in plastica-carbonio rinforzata con fibra di carbonio Le piastre bipolari in carbonio della nostra azienda sono le prime piastre bipolari in grafite flessibile rinforzata con fibra di carbonio nel settore. Non si rompono nemmeno se piegati a 360°,... Visualizza il prodotto → Una lista di controllo decisionale per il tuo stack
Abbina prima la piastra alla tolleranza più debole dello stack, quindi al suo percorso di flusso.
- Misurare lo spessore del feltro dell'elettrodo nel lotto. Se la diffusione è superiore a /-0,3 mm, iniziare con una piastra flessibile.
- Controllare la planarità del telaio. Se supera 0,3 mm su 600 mm, evitare una piastra rigida a meno che non si lavori la superficie della tenuta.
- Calcolare la caduta di pressione del canale al flusso target. Se supera il budget della pompa, passa a una piastra rigida con un canale più profondo.
- Stimare le unità totali e modificare la frequenza al di sotto delle 2.000 unità. La prototipazione di piastre flessibili è più rapida, ma gli utensili per piastre rigide sono vantaggiosi su larga scala.
- Prova la prima pila con entrambe le piastre. Misurare la resistenza di contatto e il tasso di perdita dopo 500 cicli termici prima di approvare il progetto.
Domande frequenti
È possibile utilizzare una piastra del campo di flusso flessibile in una batteria a flusso redox al vanadio?
SÌ. Il foglio composito flessibile è chimicamente compatibile con l'elettrolita di vanadio quando il legante polimerico è selezionato correttamente. Il rischio principale è lo scorrimento nel tempo, quindi programmare un nuovo serraggio dopo le prime 50-200 ore di funzionamento.
Come si confronta la resistenza di contatto tra piastre flessibili e rigide?
Le piastre flessibili solitamente mostrano una resistenza di contatto iniziale inferiore perché il materiale cedevole si conforma al feltro. Le piastre rigide richiedono nervature più larghe per ottenere valori comparabili, ma mantengono meglio la resistenza di contatto rispetto al ciclo termico.
Quale tipo di piastra ha una durata maggiore?
Le piastre rigide generalmente durano più a lungo negli stack ad alta temperatura perché resistono allo scorrimento viscoso e alla deformazione dei canali. Le piastre flessibili durano più a lungo in applicazioni con telai irregolari, perché tollerano deviazioni dalla planarità senza perdite.
Le piastre del campo di flusso necessitano di una guarnizione separata?
SÌ. Entrambi i tipi necessitano di una guarnizione tra piastra e telaio. La durezza della guarnizione è diversa: guarnizioni più morbide (da 50 a 60 Shore A) si accoppiano con piastre rigide, guarnizioni più dure (da 70 a 80 Shore A) si accoppiano con piastre flessibili.
