空心冲压辊：新系统彻底改变了双极板的生产
研究新闻 / April 02， 2024
例如，旨在为未来车辆提供动力的气候友好型燃料电池系统仍然很少见且价格昂贵。除其他外，这是由于双极板的复杂和昂贵的生产，双极板是许多氢系统所需的电解槽和燃料电池的关键部件。弗劳恩霍夫机床与成形技术研究所（IWU）现在正朝着降低成本和大规模生产双极板迈出重要一步，采用一种新型的空心冲压轧制系统：BPPflexRoll。4月22日至26日，弗劳恩霍夫研究人员将在2024年汉诺威工业博览会上，在2号展厅B24展位的弗劳恩霍夫联合展台展示该系统的一个组件。
© 弗劳恩霍夫IWU
使用 BPPflexRoll 对双极板进行空心压花。在新开发的技术中，双极板的结构由一对滚子成型。
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该工艺的主要优点是加工速度快，可大幅提高单位产量，实现规模经济，并最终显著降低成本。
氢燃料电池具有很高的效率。例如，他们使用氢气和氧气来发电，并用它来为环保车辆提供动力。电解槽可以逆转这一过程。它们利用电能将水分解成氢气和氧气。两种氢气系统都需要双极板 （BPP） 来封闭转换组件 MEA（燃料电池系统中的膜电极单元）和 CCM（催化剂涂层膜，在电解槽中）。在燃料电池堆中，双极板的双壁设计允许氧气和氢气流向 MEA 的两侧，并对电堆进行水冷却。问题在于，目前双极板的昂贵生产阻碍了氢技术的应用，因此，例如，氢动力燃料电池汽车的广泛且具有成本效益的使用。这种潜力只能通过更具成本效益的核心部件批量生产来利用。开姆尼茨弗劳恩霍夫IWU的研究人员现在与Profiroll Technologies GmbH一起开发了用于空心冲压轧制的原型系统。该生产线目前在弗劳恩霍夫IWU投入使用。它已经拥有在基本方面与工业工厂相对应的控制技术和操作理念。该设备由三个滚动机架组成，安装面积为 4500 mm x 3300 mm。
连续工艺取代了不连续的批量生产
金属BPP成本高的原因之一是不连续的批量生产。“双极板由两块不锈钢半板组成，在不连续的成型过程中压印气体流动和散热结构，然后连接起来。我们的空心冲压轧制工艺有可能用不需要工艺中断的连续工艺取代这些不连续的工艺链或生产步骤，从而实现大批量输出，“Fraunhofer IWU”钣金加工和工具设计“小组负责人Stefan Polster解释道。空心冲压轧制的一个优点是加工速度更高。每分钟可生产多达 120 个 BPP 半板，“Fraunhofer IWU 成型机组组长 Robin Kurth 证实道。通过改变制造工艺，研究人员希望将BPP的制造成本减半。
使用新开发的技术，双极板的结构在一对滚轮的帮助下成型，夹在它们之间的晶圆薄金属条连续运行。一个成型辊被定义为冲头，另一个被定义为模具。由于用于形成流道的滚子几乎只有一条线与工件接触，因此与传统的空心冲压相比，通过逐步成型，工艺力平均可以减少 10 倍。这导致了更小、更具成本效益的工厂技术。该系统的另一个优点是其灵活性：所需的滚子组数量可以根据双极板的几何形状单独调整。
集成监控系统的认知成型机
有了新的测试设施，Fraunhofer IWU的研究人员也朝着认知成型机器迈出了重要的一步，这些机器可以使用传感器和智能算法进行自我监控和控制。Robin Kurth说：“与以前的系统相比，我们将能够通过用传感器记录过程参数，将它们合并并以相关方式进行分析，从而在未来的运行过程中检查BPP的质量。然后对数据进行处理，并通过云解决方案使其可用。使用该系统生产的第一批双极板已经在弗莱堡的弗劳恩霍夫太阳能系统研究所ISE的燃料电池中进行了测试。
借助BPPflexRoll，研究人员正在为高效且具有成本效益的双极板的大规模生产铺平道路。在4月22日至26日的汉诺威工业博览会上，他们将在弗劳恩霍夫2号展厅B24展位的联合展台上展示带有滚筒和BPP的系统组件。
本文翻译来自原文2024 I Hohlprägewalzen: Neue Anlage revolutioniert die Herstellung von Bipolarplatten - Fraunhofer IWU