ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் மின்கலங்கள் அல்லது அணுசக்தியில் கிராஃபைட் மின்முனைகளுக்கு ஏதேனும் சாத்தியமான பயன்பாடு உள்ளதா?

கிராஃபைட் மின்முனைகள், ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் மின்கலம் மற்றும் அணுசக்தி ஆகிய இரு துறைகளிலும் குறிப்பிடத்தக்க பயன்பாட்டு சாத்தியக்கூறுகளைக் கொண்டுள்ளன. இப்பொருளின் உயர் மின் கடத்துத்திறன், வெப்ப எதிர்ப்புத்திறன், வேதியியல் நிலைத்தன்மை மற்றும் நியூட்ரான் பண்பேற்றத் திறன்கள் ஆகியவை இதன் முக்கிய நன்மைகளாகும். குறிப்பிட்ட பயன்பாட்டுச் சூழல்களும் மதிப்புகளும் கீழே கோடிட்டுக் காட்டப்பட்டுள்ளன:

I. ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் மின்கலத் துறை: இருமுனைத் தகடுகள் மற்றும் மின்முனைப் பொருட்களுக்கான மைய ஆதரவு

இருமுனைத் தகடுகளுக்கான பிரதான தேர்வு

கிராஃபைட் பைபோலார் தகடுகள், ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் செல் அடுக்குகளின் "முதுகெலும்பாக" செயல்படுகின்றன. அவை கட்டமைப்பு ஆதரவு, வாயுப் பிரிப்பு, மின்னோட்டச் சேகரிப்பு மற்றும் வெப்ப மேலாண்மை ஆகிய நான்கு முக்கியப் பணிகளைச் செய்கின்றன. அவற்றின் பாய்வு வழித்தட வடிவமைப்புகள், ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனைத் திறம்படப் பிரித்து, வினைபடு வாயுக்களின் சீரான பரவலை உறுதிசெய்து, வினைத்திறனை மேம்படுத்துகின்றன. அதே நேரத்தில், அவற்றின் உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன், அமைப்பின் வெப்பநிலையை நிலையாகப் பராமரிக்கிறது. 2024-ஆம் ஆண்டில், சீனாவின் ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் செல் வாகன உற்பத்தி மற்றும் விற்பனை, முந்தைய ஆண்டுடன் ஒப்பிடுகையில் 40%-க்கும் மேல் அதிகரித்தது. இது பைபோலார் தகடு சந்தையின் விரிவாக்கத்திற்கு நேரடியாக வழிவகுத்தது. சீனாவின் பைபோலார் தகடு சந்தைப் பங்கில் 58.7%-ஐ கிராஃபைட் பைபோலார் தகடுகள் கொண்டிருந்தன. இதற்கு முக்கியக் காரணம், அவற்றின் விலை நன்மை (உலோக பைபோலார் தகடுகளை விட 30%-50% குறைவு) மற்றும் முதிர்ச்சியடைந்த வெப்ப அழுத்த வார்ப்புத் தொழில்நுட்பம் ஆகும்.

மின்முனைப் பொருட்களில் செயல்திறனை மேம்படுத்தும் பங்கு

• எதிர்மின்முனைப் பொருள்: கிராஃபைட்டின் உயர் மின் கடத்துத்திறன் மற்றும் வேதியியல் நிலைத்தன்மை ஆகியவை, அதனை ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் கலத்தின் எதிர்மின்முனைகளுக்கு ஒரு சிறந்த பொருளாக ஆக்குகின்றன. இது திறமையான எலக்ட்ரான் ஏற்பு மற்றும் நேர்மின் அயனி உறிஞ்சுதலைச் சாத்தியமாக்குவதோடு, அக மின்தடையையும் குறைக்கிறது.
• நேர்மின்முனை கடத்தும் நிரப்பி: சோடியம்/பொட்டாசியம் அயன் பரிமாற்ற ரெசின் நேர்மின்முனைகளில், கிராஃபைட் ஒரு கடத்தும் நிரப்பியாகச் செயல்பட்டு, பொருளின் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்தி, அயன் கடத்தல் பாதைகளை உகந்ததாக்குகிறது.
• பாதுகாப்பு அடுக்கின் செயல்பாடு: கிராஃபைட் பூச்சுகள், மின்பகுளிகளுக்கும் எதிர்மின்முனைப் பொருட்களுக்கும் இடையே நேரடித் தொடர்பைத் தடுத்து, ஆக்சிஜனேற்ற அரிப்பைத் தடுத்து, மின்கலத்தின் ஆயுட்காலத்தை நீட்டிக்கின்றன. உதாரணமாக, ஒரு நிறுவனம் கிராஃபைட் கலவைப் பாதுகாப்பு அடுக்கைச் செயல்படுத்துவதன் மூலம் எதிர்மின்முனைகளின் சுழற்சி ஆயுளை இருமடங்காக்கியது.

தொழில்நுட்ப மேம்பாடு மற்றும் சந்தை சாத்தியக்கூறு

ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் கல இருமுனைத் தகடுகளில் பயன்படுத்தப்படும் மிக மெல்லிய கிராஃபைட் தகடுகளுக்கான (தடிமன் ≤ 0.1 மிமீ) சந்தை அளவு, 45% ஆண்டு வளர்ச்சி விகிதத்துடன், 2024-ல் 820 மில்லியன் யுவானை எட்டியது. சீனாவின் "இரட்டை கார்பன்" இலக்குகள் ஹைட்ரஜன் ஆற்றல் தொழில் சங்கிலியின் வளர்ச்சியை ஊக்குவிப்பதால், எரிபொருள் கலச் சந்தை 2030-க்குள் 100 பில்லியன் யுவானைத் தாண்டும் என்று கணிக்கப்பட்டுள்ளது, இது கிராஃபைட் இருமுனைத் தகடுகளுக்கான தேவையை நேரடியாக அதிகரிக்கும். அதே நேரத்தில், நீர் மின்னாற்பகுப்பு ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி உபகரணங்கள் பெருமளவில் ஏற்றுக்கொள்ளப்படுவது, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளில் கிராஃபைட் மின்முனைகளின் பயன்பாடுகளை மேலும் விரிவுபடுத்துகிறது.

II. அணுசக்தித் துறை: உலை பாதுகாப்பு மற்றும் செயல்திறனுக்கான முக்கிய அரண்

நியூட்ரான் மட்டுப்படுத்தல் மற்றும் கட்டுப்பாட்டிற்கான மையப் பொருள்

கிராஃபைட் மின்முனைகள் முதலில் அச்சு-கிராஃபைட் அணு உலைகளுக்கான நியூட்ரான் மட்டுப்படுத்திகளாக உருவாக்கப்பட்டன. இவை நியூட்ரான்களின் வேகத்தைக் குறைப்பதன் மூலம் அணுக்கரு வினை விகிதங்களைக் கட்டுப்படுத்தி, நிலையான அணு உலை செயல்பாட்டை உறுதி செய்கின்றன. அதன் உயர் உருகுநிலை (3,652°C), அரிப்பு எதிர்ப்புத்திறன் மற்றும் கதிர்வீச்சு நிலைத்தன்மை (நீண்டகால கதிர்வீச்சுக்கு உட்படுத்தப்பட்டாலும் அதன் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாட்டைப் பராமரித்தல்) ஆகியவை, அணு உலை கட்டுப்பாட்டுக் கம்பிகள் மற்றும் கவசப் பொருட்களுக்கு இதை ஒரு சிறந்த தேர்வாக ஆக்குகின்றன. உதாரணமாக, சீனாவின் உயர்-வெப்பநிலை வாயு-குளிரூட்டப்பட்ட அணு உலை (HTGR), எரிபொருள் கூறுகளுக்கான அடிப்படைப் பொருளாக அணுக்கருத் தர கிராஃபைட்டைப் பயன்படுத்துகிறது. மேலும், நியூட்ரான் உள்ளீர்ப்பு குறுக்கீட்டைத் தவிர்ப்பதற்காக, அசுத்தங்களின் (குறிப்பாக போரான்) அளவு ppm அளவில் கடுமையாகக் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது.

உயர் வெப்பநிலை சூழல்களில் நிலையான செயல்பாடு

அணு உலைகளில், கிராஃபைட் மிக அதிக வெப்பநிலையையும் (2,000°C வரை) மற்றும் தீவிர கதிர்வீச்சுச் சூழல்களையும் தாங்க வேண்டும். அதன் உயர் வெப்பக் கடத்துத்திறன் (100–200 W/m·K), உலைக்குள் விரைவான வெப்பப் பரிமாற்றத்தை சாத்தியமாக்கி, வெப்பப் புள்ளிகளைக் குறைத்து, வெப்ப மேலாண்மைத் திறனை மேம்படுத்துகிறது. உதாரணமாக, நான்காம் தலைமுறை உயர் வெப்பநிலை கிராஃபைட் உலைகள் (HTGRs), கிராஃபைட்டை மையக் கட்டமைப்புப் பொருளாகப் பயன்படுத்தி, அதன் நியூட்ரான் வேகத்தைக் குறைக்கும் விளைவுகள் மூலம் திறமையான அணு எரிபொருள் பயன்பாட்டை அடைகின்றன.

தொழில்நுட்ப சவால்கள் மற்றும் உள்நாட்டு முன்னேற்றங்கள்

• நியூட்ரான் கதிர்வீச்சு வீக்கம்: நியூட்ரான் கதிர்வீச்சுக்கு நீண்டகாலம் உட்படுவது கிராஃபைட்டின் கன அளவு விரிவாக்கத்தை (நியூட்ரான் வீக்கம்) ஏற்படுத்துகிறது, இது அணு உலையின் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாட்டிற்குப் பாதிப்பை ஏற்படுத்தக்கூடும். சீனா, கிராஃபைட் துகள்களின் கட்டமைப்பை மேம்படுத்துவதன் (எ.கா., ஐசோட்ரோபிக் கிராஃபைட்டைப் பயன்படுத்துதல்) மூலம் வீக்க விகிதங்களை 0.5%-க்கும் குறைவாகக் கட்டுப்படுத்தி, இந்தப் பாதிப்பைக் குறைத்துள்ளது.
• கதிரியக்கச் செயலாக்கம்: அணு உலை பயன்பாட்டிற்குப் பிறகு கிராஃபைட் கதிரியக்க ஐசோடோப்புகளை (எ.கா., கார்பன்-14) உருவாக்குகிறது, இதனால் செயலாக்க அபாயங்களைக் குறைக்க சிறப்பு செயல்முறைகள் (எ.கா., HTGR-இன் பூசப்பட்ட துகள் எரிபொருள் தொழில்நுட்பம்) அவசியமாகின்றன.
• உள்நாட்டு உற்பத்தி முன்னேற்றங்கள்: 2025-ல், HTGR-களுக்கான சீனாவின் அணுசக்தித் தர கிராஃபைட் தேசிய சான்றிதழைப் பெற்றது; இதன் தேவை 20,000 மெட்ரிக் டன்களைத் தாண்டும் என எதிர்பார்க்கப்படுவதால், இது வெளிநாட்டு ஏகபோகங்களை உடைத்தது. ஒரு நிறுவனம், உள்நாட்டில் நீடில் கோக் உற்பத்தித் திறன்களை நிறுவியதன் மூலம், அணுசக்தித் தர கிராஃபைட்டின் விலையை 30% குறைத்து, உலகளாவிய போட்டித்திறனை மேம்படுத்தியது.

III. பல்துறை ஒருங்கிணைப்புகள் மற்றும் எதிர்காலப் போக்குகள்

பொருள் புத்தாக்கம் செயல்திறன் மேம்பாடுகளை இயக்குகிறது

• கூட்டுப் பொருள் உருவாக்கம்: கிராஃபைட்டை ரெசின்கள் அல்லது கார்பன் இழைகளுடன் இணைப்பது இயந்திர வலிமையையும் அரிப்புத் தடுப்புத் திறனையும் மேம்படுத்துகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, குளோரல்கலி தொழில்துறை மின்பகுப்பிகளில், கிராஃபைட்-ரெசின் இருமுனைத் தகடுகள் அவற்றின் சேவை ஆயுளை ஐந்து ஆண்டுகளுக்கும் மேலாக நீட்டிக்கின்றன.
• மேற்பரப்பு மாற்றியமைத்தல் தொழில்நுட்பங்கள்: நைட்ரைடு பூச்சுகள் கிராஃபைட்டின் மின் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவதன் மூலம், உலோகங்களுடன் ஒப்பிடும்போது அதன் குறைந்த கடத்துத்திறன் சிக்கலைச் சரிசெய்து, உயர்-சக்தி அடர்த்தி எரிபொருள் மின்கலத் தேவைகளையும் பூர்த்தி செய்கின்றன.

தொழில்துறை சங்கிலி ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் உலகளாவிய தளவமைப்பு

சீன நிறுவனங்கள், தங்களின் முக்கிய தொழில்நுட்பங்களை உள்நாட்டிலேயே தக்கவைத்துக் கொள்ளும் அதே வேளையில், வெளிநாட்டு கிராஃபைட் சுரங்க முதலீடுகள் (எ.கா., மொசாம்பிக்) மற்றும் மலேசிய பதப்படுத்தும் ஆலைகளை நிறுவுவதன் மூலம் மூலப்பொருட்களின் நிலைத்தன்மையை உறுதி செய்கின்றன. சர்வதேச தர நிர்ணயத்தில் (எ.கா., ISO கிராஃபைட் மின்முனை சோதனைத் தரநிலைகள்) பங்கேற்பது, தொழில்நுட்பத் தலைமைத்துவத்தை வலுப்படுத்துவதோடு, ஐரோப்பிய ஒன்றியத்தின் கார்பன் எல்லை வரி போன்ற சுற்றுச்சூழல் விதிமுறைகளையும் நிவர்த்தி செய்கிறது.

கொள்கை மற்றும் சந்தை சார்ந்த வளர்ச்சி

2025-ஆம் ஆண்டுக்குள் மின் வில் உலை எஃகு உற்பத்தியின் பங்கை 15%-20% ஆக உயர்த்துவதை சீனா நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது, இது மறைமுகமாக கிராஃபைட் மின்முனைகளுக்கான தேவையை அதிகரிக்கும். அதே நேரத்தில், ஹைட்ரஜன் ஆற்றல் மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு போன்ற வளர்ந்து வரும் துறைகள், கிராஃபைட் மின்முனைகளுக்கு டிரில்லியன் யுவான் சந்தை வாய்ப்புகளை வழங்குகின்றன. உலகளாவிய அணுசக்தி மறுமலர்ச்சித் திட்டங்கள் (உதாரணமாக, 2030-ஆம் ஆண்டுக்குள் 20% ஹைட்ரஜன் வாகனங்களை உருவாக்கும் ஜப்பானின் இலக்கு மற்றும் அதிகரித்த ஐரோப்பிய அணுசக்தி முதலீடுகள்) அணு எரிபொருள் சுழற்சிகள் மற்றும் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியில் கிராஃபைட் மின்முனைகளின் பயன்பாடுகளை மேலும் விரிவுபடுத்தும்.