연료전지에서 양극판의 역할은 무엇입니까?

양극판의 성능 한계는 흑연 기판의 순도에서 비롯됩니다. 낮은 불순물, 높은 전도성, 강한 내식성이라는 고유한 특성을 지닌 고순도 흑연 분리판은 수소 연료 전지 대형 트럭, 고정식 발전 및 바나듐 산화환원 흐름 저장 장치에 선호되는 재료가 되었습니다. 대규모 수소에너지 개발 물결 속에서 고순도 원료 사용으로 분리판 제품 간 성능 격차가 벌어지고 있다.

I. 고순도 흑연 분리판의 주요 장점

1. 불순물이 매우 적어 촉매 중독을 제거하고 막 전극 수명을 보호합니다.

평범한석묵원료에는 규소, 철, 칼슘 등의 금속 불순물이 포함되어 있으며 연료전지의 습하고 뜨겁고 산성인 조건에서 지속적으로 침전됩니다. 이러한 불순물 이온은 막전극으로 이동해 촉매층을 침식해 촉매 피독을 일으키고 스택 성능을 급격하게 저하시킨다.

고순도 흑연 기판은 재 및 금속 불순물을 엄격하게 제어하여 작동 중 유해한 이온 침전이 거의 없습니다. 이는 막 전극과 백금 기반 촉매를 소스로부터 보호하여 스택의 전체 서비스 수명을 크게 연장하며, 특히 대형 트럭의 내구성 요구 사항(수만 시간)에 적합합니다.

2. 본질적으로 전기화학적 부식에 대한 저항력이 있어 장기적 성능 저하가 최소화됩니다.

연료전지의 내부 환경은 약산성, 습윤과 건조가 반복되는 가혹한 환경입니다. 고순도 흑연은 연속적이고 온전한 탄소상을 갖고 있어 전기화학적 산화 및 부식에 대한 강한 저항성을 나타냅니다.

수천 시간 작동 후 접촉 저항의 증가는 일반 흑연 판보다 훨씬 낮아서 후기 단계의 내부 저항 급증과 심각한 과열을 방지하여 전체 수명주기 유지 관리 비용을 크게 줄입니다.

3. 지속적이고 안정적인 전도성 경로로 인해 발전 효율이 높아집니다.

불순물은 종종 기판 내에 절연상을 형성하여 전도성 네트워크를 방해합니다.

고순도 흑연, 등방압 프레싱 블랭크든 고순도 분말 복합 보드든 우수한 탄소 매트릭스 연속성을 나타냅니다. 1MPa 조립 및 압축 조건에서 낮은 접촉 저항을 나타내어 저항 손실을 줄이고, 연료 전지 스택 열 발생을 낮추고, 연료 전지 스택 출력 효율을 직접적으로 향상시킵니다.

4. 열 충격에 강한 우수한 열물성 특성

고순도 흑연은 열팽창계수가 낮고 열전도율이 우수합니다.

연료전지 스택의 빈번한 시동 및 정지 주기에서는 변형 및 미세 균열이 발생하기 쉽습니다. 연료전지 스택의 작동 열을 신속하게 분산시켜 국부적인 핫스팟을 제거하고 국부적인 과열로 인한 안전 위험을 방지하며 고전력 조건에서 안정적인 출력을 보장합니다.

5. 강한 화학적 불활성 및 우수한 매체 호환성

고순도 흑연은 수소, 공기, 반응에서 생성되는 물과 부반응을 일으키지 않습니다.

한편, 바나듐 레독스 흐름전지의 강산성 전해질 환경에서는 뛰어난 화학적 안정성을 나타내며 전해질에 의해 부식되거나 용해되지 않아 장기 에너지저장 발전소의 장기 침수 조건에 완벽하게 적합하다.

주요 차이점:

1. 고순도 등방압 프레스 가공 전극판: 순도가 가장 높고 전체 성능이 가장 강력하지만 가공 비용이 높고 부서지기 쉬우며 주로 고급 고정형 발전에 사용됩니다.

2. 고순도 분말 복합 성형 전극판: 고순도 흑연 분말을 골재로 사용하고, 내식성 수지를 첨가하여 성형합니다. 고순도 기판의 핵심 장점을 유지하고 순수 흑연의 취성 문제를 해결하며 대규모 대량 생산을 달성하여 현재 업계의 주류가 되었습니다.

업계의 오해: 흑연 시트가 모두 고순도 전극판은 아닙니다. 많은 저가 제품은 저순도 흑연 분말을 사용합니다. 작은 샘플 테스트 데이터는 허용될 수 있지만 장기간 작동하면 불순물이 침전되고 조기 스택 오류가 발생합니다. 극판 경쟁에서는 원료 순도가 첫 번째 장애물이다.

II. 현재 업계의 과제

1. 입자 크기 분포가 합리적인 고순도 흑연 분말은 기술 장벽이 높고 고품질 원료 공급이 집중되어 있습니다.

2. 등압압착된 고순도 분리판의 가공비용이 여전히 높아 대규모 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

3. 복합재료 경로에는 균형이 필요합니다. 고순도 분말과 수지의 비율이 중요합니다. 수지는 강도와 기밀성을 향상시키지만 전도성을 일부 희생하므로 장기적인 공식 반복이 필요합니다.

4. 대량생산에서는 일관성을 유지하는 것이 어렵다. 원자재가 조금만 변동해도 완제품 성능이 달라질 수 있습니다.

III. 시장 및 향후 전망

고순도 흑연 양극판의 핵심 응용 분야: 수소 구동 대형 트럭, 버스, 고정식 백업 전원 공급 장치 및 장기 바나듐 산화환원 유동 저장 발전소. 승용차는 여전히 주로 금속 양극판을 사용하며 두 응용 분야는 서로를 보완합니다.

연료전지용 흑연분리판 국내 시장규모는 2026년 22억~26억 위안, 2030년 60억~75억 위안에 이를 것으로 예상되며, 고순도 흑연골재를 사용한 제품 비중도 지속적으로 증가하고 있다. 바나듐 산화환원 유동 저장의 상당한 성장과 함께 고순도 흑연 원료에 대한 수요는 계속해서 급증할 것입니다.

수소 연료전지 스택 경쟁에서 성공은 종종 보이지 않는 원자재 측면에 달려 있습니다. 고순도 흑연 분리판의 가장 큰 경쟁 우위는 단일 표면 테스트 매개 변수가 아니라 낮은 불순물로 인한 긴 수명과 낮은 열화에 있습니다. 전방산업 규모가 커지면서 고순도 원료를 기반으로 한 흑연분리판은 고출력 수소에너지 및 에너지 저장 분야에서 대체할 수 없는 위치를 차지하게 될 것이다.

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