Plaques de graphite poreux personnalisées à haute conductivité
1. Caractéristiques de conception
Structure poreuse interconnectée tridimensionnelle : les pores sont répartis selon un motif en nid d'abeille ou en dégradé, avec une plage de taille de pores de 50 à 500 μm et une porosité de 20 à 35 %, formant des canaux de transport continus d'ions/fluides.
Épaisseur uniforme de la paroi des pores (5-20 μm) :** Équilibrant la résistance structurelle et la perméabilité.
Capacités de personnalisation :
Plaques planaires : épaisseur 2-50 mm, planéité de surface ±0,05 mm, adaptées aux cellules électrochimiques ou aux plaques de batterie.
Formes incurvées/vague : surfaces en forme d'arc et en forme de S obtenues grâce à l'usinage CNC pour l'optimisation du champ d'écoulement ou la gestion thermique.
Canaux intégrés : microcanaux intégrés (largeur 0,5-2 mm) ou tuyaux de refroidissement pour améliorer l'efficacité de la distribution des fluides.
Variété de traitements de surface :
Polissage : valeur Ra ≤0,8 μm, réduisant la résistance de contact, adaptée aux applications conductrices de haute précision.
Modification du revêtement : le dépôt superficiel de carbure de silicium (SiC) ou de polytétrafluoroéthylène (PTFE) améliore la résistance à l'usure ou les propriétés antiadhésives.
Conception légère : densité 1,6-1,9 g/cm³, seulement 1/5 de celle du cuivre, réduisant le poids de l'appareil tout en maintenant la conductivité.
2. Propriétés du matériau : haute conductivité
Les électrodes de graphite poreux présentent une conductivité de 1 200 à 1 500 S/m, proche de celle du graphite pur, ce qui entraîne une mobilité électronique élevée.
La résistivité est aussi faible que 40-50 μΩ·cm, bien inférieure à celle des matériaux poreux traditionnels (tels que la céramique, avec une résistivité > 10⁶ μΩ·cm).
Excellente stabilité thermique : une conductivité thermique de 80 à 120 W/(m·K) permet une conduction thermique rapide, évitant ainsi une surchauffe localisée.
Coefficient de dilatation thermique (CTE) 2,5-3,8 × 10⁻⁶/°C, s'adaptant aux changements de température drastiques (par exemple, -40℃ à 300℃).
Résistance à la corrosion et stabilité chimique
Stable dans les solutions acides (pH=1), alcalines (pH=13) ou salines, présentant une résistance à la corrosion supérieure à celle des électrodes métalliques.
Résistance à l'oxydation : après le traitement de revêtement, la température d'initiation de l'oxydation augmente jusqu'à 800-900 ℃.
Propriétés mécaniques équilibrées
Résistance à la compression 50-120MPa, résistance à la flexion 30-80MPa, l'électrode en graphite uhp répond aux exigences mécaniques d'assemblage et d'utilisation.
La structure poreuse améliore la ténacité ; la ténacité à la rupture est 40 % supérieure à celle du graphite solide.
Protection de l'environnement et durabilité
Recyclabilité des matières premières >90 %, aucune émission toxique pendant la production, conforme aux normes RoHS.
3. Applications du graphite comme électrode
Stockage et conversion d'énergie
Batteries lithium-ion : en tant que collecteur de courant d'électrode négative ou additif conducteur, améliorant l'efficacité de charge/décharge et la durée de vie.
Piles à combustible : matériau de plaque bipolaire, optimisant la diffusion des gaz et la gestion de l'humidité, augmentant la densité de puissance de 15 à 20 %.
Batteries à flux : matériau d'électrode, réduisant la perte de polarisation, améliorant l'efficacité énergétique de 8 % à 12 %.
Industrie électrochimique
Métallurgie électrolytique : cathodes/anodes en purification électrolytique du cuivre et de l'aluminium, offrant une résistance à la corrosion et prolongeant la durée de vie de 3 fois.
Processus de galvanoplastie : en tant qu'anode insoluble, réduisant la contamination par les impuretés et améliorant l'uniformité du revêtement de 25 %.
Gestion thermique
Dissipation thermique aérospatiale : léger et hautement conducteur thermique, adapté aux systèmes de contrôle thermique des satellites et des drones.
Dissipation thermique des équipements électroniques : matériau de base pour les chambres à vapeur des ordinateurs portables et des stations de base 5G.
Gouvernance environnementale
Supports de catalyseurs : chargement de platine, de palladium et d'autres catalyseurs pour le traitement des gaz résiduaires (par exemple, réduction des NOx) ou la purification de l'eau.
Matériaux d'adsorption : structure poreuse pour une adsorption efficace des ions de métaux lourds (par exemple, Pb²⁺, Cd²⁺) ou des polluants organiques.
Fabrication avancée
Usinage par électroérosion (EDM) : Usinage de haute précision de moules métalliques avec une rugosité de surface Ra≤0,4 μm.
Supports conducteurs imprimés en 3D : fournissent des structures de support légères et hautement conductrices pour les appareils électroniques.
4. Avantages de la personnalisation
Correspondance précise des performances : la porosité est ajustée en fonction des scénarios d'application (par exemple, 25 % à 30 % de porosité pour les piles à combustible, 15 % à 20 % pour les plaques de batterie).
Rapport conductivité/conductivité thermique optimisé : par exemple, une conductivité thermique élevée est prioritaire pour les scénarios de gestion thermique, tandis qu'une conductivité électrique élevée est prioritaire pour les scénarios de stockage d'énergie.
Rentabilité maximisée : conception de renfort localisé : une densité accrue dans les zones de contraintes critiques réduit l'utilisation globale des matériaux, réduisant ainsi les coûts de 20 à 30 %.
Support de production évolutif : lots personnalisés d’à peine 100 pièces, adaptés aux produits en petits lots à haute valeur ajoutée.
Intégration fonctionnelle : Capteurs intégrés : des capteurs de température ou de pression sont intégrés dans les pores pour une surveillance en temps réel.
Composites multi-matériaux : les composites à base de silicium et de carbure de silicium améliorent la résistance mécanique ou la stabilité thermique.
Réponse et itération rapides : outils de conception numérique : la modélisation et la simulation 3D optimisent la structure, raccourcissant le cycle de développement de 50 %.
Production modulaire : la conception d'interface standardisée facilite les mises à niveau ou les remplacements futurs.
Étude de cas : Une entreprise de véhicules à énergie nouvelle a personnalisé des plaques de graphite poreuses incurvées pour la dissipation thermique des batteries. En ajustant la répartition du gradient des pores, l'uniformité du flux thermique a été améliorée de 30 %, la différence de température du bloc de batterie a été réduite de 8 °C à 3 °C et l'autonomie a été augmentée de 5 %.
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