あなたは、30 kW バナジウム フロー バッテリーのセル構築レビューを行っています。フレームは機械加工され、電極フェルトのバッチは 52 枚のシートにわたって 4.1 ～ 5.0 mm と測定されました。最後の変数はフロー フィールド プレートです。クランプ時に変形する柔軟なグラファイト複合材料、またはその形状を保持する剛性の高いカーボンポリマー プレートです。間違った選択をすると、接触抵抗が 18% 増加し、スタックが定格電流密度を下回ってしまう可能性があります。答えは、フレームの平坦度、電極の厚さの許容差、およびどれだけのポンピングパワーを費やすことができるかによって異なります。
フレキシブルフローフィールドプレートとリジッドフローフィールドプレートの機械的な違い
どちらのタイプのプレートも電流を流し、電解液を分配し、ボルトの力に抗して電極をサポートします。それらは弾性率と厚さの変化に対する反応の仕方が異なります。
フレキシブルプレートは通常、ポリマーバインダーを含む配向グラファイトフォイルから作られます。弾性率は 8 ～ 15 GPa であるため、圧縮可能なシートのように動作します。剛性プレートは炭素繊維強化樹脂から成形されており、弾性率は 30 ～ 50 GPa です。構造部材のように動作します。
実際の結果: フレキシブル プレートは、電極の厚さの変動が±0.5 mm であることを許容します。剛性プレートはわずか/-0.1mm程度です。しかし、剛性プレートは、圧縮下でチャネル断面が閉じるのを防ぎます。この 1 つの違いが、残りのトレードオフのほとんどを左右します。参照 ハードフローチャンネルプレートとは何ですか 剛体バリアントの構造をより詳細に理解するため。
ハードフローチャンネルプレート アスファルトコークスや石油コークスを樹脂結合、高圧繰り返しプレス、含浸等の工程を経て作られた高硬度のピュアカーボン材板です。 製品を見る→ 接触抵抗と集電
柔軟なプレートにより、同じトルクでも初期接触抵抗が低くなります。剛性プレートは熱サイクル後の接触抵抗をより安定に保ちます。カーボンプレートとカーボンフェルト間の接触抵抗は荷重×接触面積で決まります。柔軟なプレートにより、リブの荷重がより多くのフェルトストランドに分散されます。
ある 0.4 m^2 スタック テストでは、1.5 mm リブを備えたフレキシブル プレートが 9 N/cm^2 で 28ミリオーム-cm^2 を達成しました。剛性プレートが 32ミリオーム-cm^2 に達するには 2.0 mm のリブが必要でした。 20 ℃から 55 ℃までの熱サイクルを 800 回繰り返した後でも、剛性プレートは元の接触抵抗の 95% を維持しました。フレキシブルプレートは 85% に低下しました。
油圧、圧力損失、およびチャネルの形状
剛性プレートにより溝が深くなり、圧力降下とポンプ出力が削減されます。チャネルの深さは、層流における逆立方体の圧力損失に影響します。幅 1.5 mm、長さ 600 mm の蛇行チャネルでは、深さを 1.0 mm から 1.5 mm に増やすと、圧力損失が約 70% 削減されます。
90 L/min の 50 kW VRFB では、セル圧力降下を 0.4 bar 減らすと、ポンピング パワーが約 600 W 節約され、スタック出力の約 1.2% になります。チャネルが深くなると電極をクランプするリブの面積が減少するため、フレキシブルプレートは浅いプロファイルに制限されます。また、時間の経過とともに水路内に侵入するため、実効深さが減少します。剛性プレートは、スタックの寿命の間、チャネルの深さを保持します。
フロー プレートの形状は、ほとんどのチームが予想している以上に電力密度に影響を与えます - の分析をお読みください。 フロープレートの形状がシステムの電力密度をどのように改善できるか .
シールの信頼性: 組み立て時のフレキシブルプレートとリジッドプレートの比較
剛性プレートは平坦なフレームでより確実に密閉します。フレキシブルプレートはフレームの歪みをより許容します。プラスチックフレームは通常、600 mm を超えると 0.3 ～ 0.5 mm の平面度偏差があります。フレキシブル プレートはこの偏差に追従するため、ガスケットはさまざまに圧縮されますが、範囲内に留まります。剛性プレートは追随しないため、通常、シール表面を機械加工するか、追加の柔らかいガスケット層を必要とします。
剛性プレートには別の弱点があります。1 本のボルトを 20% 過剰に締めても、ほとんど効果がありません。フレキシブルプレートはそのボルトの部分で局所的に薄くなるため、その下のリブが潰れたり、チャネルを閉じたりする可能性があります。
| 基準 | フレキシブルフローフィールドプレート | 剛性フローフィールドプレート |
| 弾性率 | 8～15GPa | 30～50GPa |
| 厚さの許容差 | /-0.3mm | /-0.1 mm |
| 推奨クランプ | 6～10N/cm^2 | 10～14N/cm^2 |
| ガスケット硬度（ショアA） | 70-80 | 50-60 |
| 圧力降下係数 | 1.0 | 0.7 |
| 熱サイクル保持率 | 800 サイクル後 85% | 800 サイクル後 95% |
フレキシブル流路プレート 膨張黒鉛を高圧下で成形した純炭素素材板を、打抜き機や彫刻機などにより様々な流路構造に加工することができます。 製品を見る→ フレキシブル vs リジッド: スタックにはどちらが適していますか?
フレームの平面度や電極の厚さが異なる場合は、フレキシブルを選択してください。高い出力密度と予測可能な油圧が必要な場合は、リジッドを選択してください。
フレキシブルプレートを選択する場合
- セル面積は 0.4 m^2 より大きく、フレームは射出成形されています。
- 電極フェルトの厚みは/-0.3mm以上ばらつきます
- 流路が短く、圧力損失が支配的ではない
- メンテナンス担当者は形成後にスタックをリトルクすることができます
剛性プレートを選択する場合
- 目標の電力密度は 300 mW/cm^2 以上です
- 流路は長く、蛇行が複数ある
- 溶接エッジまたは金属バイポーラ プレートを使用する場合
- スタックは試運転後にリトルクされません
コスト、ツール、サプライ チェーン: 大規模な場合の柔軟性と厳格さ
フレキシブルプレートは少量であれば安価です。剛性プレートは数千ユニットを超えて勝利を収めます。ロール状のシートからフレキシブルプレートを切り出します。 0.4 m^2 セルの場合、剛性プレートには工具の償却が発生するため、未加工のシート材料のコストは、成形された剛性プレートの 100 個あたりの単価よりも約 2.5 ～ 3.5 倍低くなります。 5,000 ユニットでは、材料がより効率的に使用され、サイクルタイムが短いため、剛性成形プレートはユニットあたりの価格が安くなります。
剛性プレート用の工具は、通常、複数のキャビティを備えた圧縮金型です。初期投資は、プレートのサイズ、チャネル数、必要な平坦度によって異なります。デザインが頻繁に変更される場合、シートストックからフレキシブルにプレートを製造することで、新しい金型を購入することなく、より自由に反復できるようになります。
Jiaxing Naco New Materials Co., Ltd. では、フレキシブルなフロー チャネル プレートとリジッドなフロー チャネル プレートの両方を製造しているため、同じ製造公差と同じ品質管理に対して 2 つの構成を評価できます。いずれかのプレートを調達する場合は、生のシートまたは成型品の厚さの許容差をサプライヤーに問い合わせてください。これにより、より厚いフェルトが必要か追加のガスケット補正が必要かが決まります。
カーボンファイバー強化カーボンプラスチックバイポーラプレート 当社のカーボンバイポーラプレートは、業界初のカーボン繊維強化フレキシブルグラファイトバイポーラプレートです。 360°曲げても折れません。 製品を見る→ スタックの意思決定チェックリスト
まずプレートをスタックの最も弱い公差に合わせてから、次にその流路に合わせます。
- バッチ全体の電極フェルトの厚さを測定します。広がりが±0.3mmを超える場合は、フレキシブルプレートから始めてください。
- フレームの平面度を確認します。 600 mm で 0.3 mm を超える場合は、シール面を加工する場合を除き、剛性プレートの使用は避けてください。
- 目標流量でのチャネル圧力降下を計算します。ポンプの予算を超える場合は、より深いチャネルを備えた剛性プレートに切り替えてください。
- 合計ユニットを推定し、2,000 ユニット未満の頻度を変更します。フレキシブル プレートのプロトタイピングは高速ですが、リジッド プレート ツールは大規模な場合に効果を発揮します。
- 最初のスタックを両方のプレートでテストします。設計を承認する前に、500 回の熱サイクル後の接触抵抗とリーク率を測定します。
よくある質問
フレキシブルフローフィールドプレートはバナジウムレドックスフロー電池で使用できますか?
はい。ポリマーバインダーが正しく選択されている場合、柔軟な複合シートはバナジウム電解質と化学的に適合します。主なリスクは時間の経過によるクリープであるため、最初の 50 ～ 200 時間の運転後にリトルクをスケジュールしてください。
フレキシブルプレートとリジッドプレートの接触抵抗はどのように比較されますか?
柔軟なプレートは、柔軟な材料がフェルトに適合するため、通常、初期接触抵抗が低くなります。剛性プレートは同等の値を達成するためにより広いリブを必要としますが、熱サイクルを通じて接触抵抗をより良く保持します。
プレートの寿命が長いのはどのタイプですか?
剛性プレートは一般に、クリープやチャネルの変形に強いため、高温のスタック内でより長く使用できます。フレキシブルプレートは、漏れることなく平坦度のずれを許容するため、凹凸のあるフレームを使用する用途でも長持ちします。
フローフィールドプレートには別のガスケットが必要ですか?
はい。どちらのタイプもプレートとフレームの間にガスケットが必要です。ガスケットの硬さは異なります。柔らかいガスケット (50 ～ 60 ショア A) は硬質プレートとペアになり、硬いガスケット (70 ～ 80 ショア A) はフレキシブル プレートとペアになります。
