空心沖壓輥：新系統徹底改變了雙極闆的生産
研究新聞 / April 02， 2024
例如，旨在為未來車輛提供動力的氣候友好型燃料電池系統仍然很少見且價格昂貴。除其他外，這是由于雙極闆的複雜和昂貴的生産，雙極闆是許多氫系統所需的電解槽和燃料電池的關鍵部件。弗勞恩霍夫機床與成形技術研究所（IWU）現在正朝着降低成本和大規模生産雙極闆邁出重要一步，采用一種新型的空心沖壓軋制系統：BPPflexRoll。4月22日至26日，弗勞恩霍夫研究人員将在2024年漢諾威工業博覽會上，在2号展廳B24展位的弗勞恩霍夫聯合展台展示該系統的一個元件。
© 弗勞恩霍夫IWU
使用 BPPflexRoll 對雙極闆進行空心壓花。在新開發的技術中，雙極闆的結構由一對滾子成型。
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該工藝的主要優點是加工速度快，可大幅提高機關産量，實作規模經濟，并最終顯著降低成本。
氫燃料電池具有很高的效率。例如，他們使用氫氣和氧氣來發電，并用它來為環保車輛提供動力。電解槽可以逆轉這一過程。它們利用電能将水分解成氫氣和氧氣。兩種氫氣系統都需要雙極闆 （BPP） 來封閉轉換元件 MEA（燃料電池系統中的膜電極單元）和 CCM（催化劑塗層膜，在電解槽中）。在燃料電池堆中，雙極闆的雙壁設計允許氧氣和氫氣流向 MEA 的兩側，并對電堆進行水冷卻。問題在于，目前雙極闆的昂貴生産阻礙了氫技術的應用，是以，例如，氫動力燃料電池汽車的廣泛且具有成本效益的使用。這種潛力隻能通過更具成本效益的核心部件批量生産來利用。開姆尼茨弗勞恩霍夫IWU的研究人員現在與Profiroll Technologies GmbH一起開發了用于空心沖壓軋制的原型系統。該生産線目前在弗勞恩霍夫IWU投入使用。它已經擁有在基本方面與工業工廠相對應的控制技術和操作理念。該裝置由三個滾動機架組成，安裝面積為 4500 mm x 3300 mm。
連續工藝取代了不連續的批量生産
金屬BPP成本高的原因之一是不連續的批量生産。“雙極闆由兩塊不鏽鋼半闆組成，在不連續的成型過程中壓印氣體流動和散熱結構，然後連接配接起來。我們的空心沖壓軋制工藝有可能用不需要工藝中斷的連續工藝取代這些不連續的工藝鍊或生産步驟，進而實作大批量輸出，“Fraunhofer IWU”钣金加工和工具設計“小組負責人Stefan Polster解釋道。空心沖壓軋制的一個優點是加工速度更高。每分鐘可生産多達 120 個 BPP 半闆，“Fraunhofer IWU 成型機組組長 Robin Kurth 證明道。通過改變制造技術，研究人員希望将BPP的制造成本減半。
使用新開發的技術，雙極闆的結構在一對滾輪的幫助下成型，夾在它們之間的晶圓薄金屬條連續運作。一個成型輥被定義為沖頭，另一個被定義為模具。由于用于形成流道的滾子幾乎隻有一條線與工件接觸，是以與傳統的空心沖壓相比，通過逐漸成型，工藝力平均可以減少 10 倍。這導緻了更小、更具成本效益的工廠技術。該系統的另一個優點是其靈活性：所需的滾子組數量可以根據雙極闆的幾何形狀單獨調整。
內建監控系統的認知成型機
有了新的測試設施，Fraunhofer IWU的研究人員也朝着認知成型機器邁出了重要的一步，這些機器可以使用傳感器和智能算法進行自我監控和控制。Robin Kurth說：“與以前的系統相比，我們将能夠通過用傳感器記錄過程參數，将它們合并并以相關方式進行分析，進而在未來的運作過程中檢查BPP的品質。然後對資料進行處理，并通過雲解決方案使其可用。使用該系統生産的第一批雙極闆已經在弗萊堡的弗勞恩霍夫太陽能系統研究所ISE的燃料電池中進行了測試。
借助BPPflexRoll，研究人員正在為高效且具有成本效益的雙極闆的大規模生産鋪平道路。在4月22日至26日的漢諾威工業博覽會上，他們将在弗勞恩霍夫2号展廳B24展位的聯合展台上展示帶有滾筒和BPP的系統元件。
本文翻譯來自原文2024 I Hohlprägewalzen: Neue Anlage revolutioniert die Herstellung von Bipolarplatten - Fraunhofer IWU