由于移动性和能源转型的原因燃料电池和电解器正处于高速发展的时期,但遗憾的是它们的价格相对比较昂贵。弗劳恩霍夫IWU机床和成型技术研究所正在试验一种利用金属板材成形工艺技术经济地生产这些产品的替代解决方案。

图1 现在,电解器和燃料电池中所用双极板已经降价。弗劳恩霍夫IWU机床和成型技术研究所的研究人员可以利用连续性的辊压轧制技术经济地生产双极板。
生产诸如电动汽车使用的燃料电池,利用氢气和氧气产生电动汽车驱动电力的燃料电池有着很高的效率。在这一过程中,电解器发挥着重要的作用,它能在电能的帮助下将水分解为氢气和氧气。燃料电池和电解器两大系统都需要一种缩写为“BPP”的双极板,并利用BPP双极板将缩写为“MEA”的膜电极包围起来;而电解器中还需要一种涂有催化剂的CCM催化剂覆膜电极。在燃料电池堆中,双极板允许将电解后的氢气和氧气分别位于MEA膜电极的两侧,并完成燃料电池堆的冷却。这里存在的问题是:双极板昂贵的生产成本减缓了氢燃料技术的推广和应用,也减缓了氢燃料动力汽车的推广和降价。这正如弗劳恩霍夫IWU机床和成型技术研究所的研究人员所介绍的那样:只能通过大批量生产更便宜的核心组件,才能充分挖掘氢燃料动力汽车的市场前景。
每分钟能生产120块双极板
金属BPP双极成本高昂的原因之一是不能连续性的大批量生产。凭借开姆尼茨市的IWU研究所和其工业合作伙伴Profiroll技术公司合作开发的BPPflexRoll技术,客户就可以利用辊压轧辊连续性的生产双极板。目前,著名的IWU研究所正在使用这条辊压生产线。正如研究所的研究人员所强调的那样:这条辊压轧制生产线采用了一种方方面面满足工业设备使用要求的、全新的控制技术和操作方案。这条生产线由三个轧辊机座组成,整条生产线的占地面积为4500 mm×3300 mm。
双极板是由两块不锈钢板材制成的。制作时,首先需要在两块不锈钢板压印出气体流动和散热所需的相关结构,然后再将两块不锈钢板利用激光焊接技术焊接成一体。因此,过去的这一轧制工艺过程是非连续性的。IWU研究所的研究人员认为:创新性的辊压轧制工艺技术可以取代非连续性的生产工艺步骤。这一技术不仅增加了双极板的产能而且也大幅度的提高了生产厂的盈利能力:每分钟最多可以生产120块BPP半板。这也就把双极板的生产成本降低了一半。

图2 创新性双极板辊压轧制工艺技术的主要优点是加工速度快,可以大幅提高双极板的产量,并最终显著降低双极板的生产成本
特殊定制的双极板几何图案
新开发的辊压轧制技术是利用一对连续运行的辊压轧辊在两轧辊中间薄薄的金属带上压出双极板空气流动和散热几何图案的结构。两个轧辊各有自己的作用:一个相当于“凸模”、另一个相当于“凹模”。
正如研究所专家所介绍的那样:双极板辊压轧制各种气流通道和散热通道时的轧制过程几乎只是一条线般的线性接触,因此这种逐步辊压轧制的工艺技术与传统的压花辊压工艺相比,压轧力降低了10倍。因此它是一种结构更紧凑、设备价格更经济的双极板生产设备。这种设备的另一个优点是其具有更高的使用灵活性:这种设备所需轧辊组的数量可以根据双极板的几何图案单独调整。
包括监控系统在内的全面转型
IWU研究所的研究人员表示:新的试验设备向人工智能技术方向迈出了重要的一步;它所配用的传感器和智能算法能够实现双极板辊压轧制的自我监控。
与原来生产双极板的旧设备不同,新系统将在双极板生产过程中不断检查双极板的生产质量、通过传感器记录生产过程中的数据、汇总各种相关数据和信息并完成数据、信息的分类和分析。然后利用功能丰富的云工具软件处理这些采集到的数据并使其成为可以使用的有用数据。利用这一新系统在德国弗莱堡弗劳恩霍夫ISE太阳能系统研究所生产的燃料电池双极板已经成功通过了性能测试。
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