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燃料电池双极板生产技术工具包

导读 燃料电池具有巨大的潜力,但围绕其制造还没有任何明确的结构和标准。涉及生产技术的大量选择使得用户或潜在用户难以在脑海中保持概览并选择

燃料电池具有巨大的潜力,但围绕其制造还没有任何明确的结构和标准。涉及生产技术的大量选择使得用户或潜在用户难以在脑海中保持概览并选择合适的生产过程以满足他们的需求。为了帮助克服这个问题,弗劳恩霍夫机床和成形技术研究所 IWU 和弗劳恩霍夫生产技术研究所 IPT 的研究人员正在开发一个虚拟技术工具包。该工具包将帮助用户在制造燃料电池时做出最佳生产决策,让他们能够选择最适合特定应用的双极板成型技术。

对燃料的兴趣和需求细胞在不断地生长。它们代表了化石能源的一种非常有前途和更环保的替代品,这是一个与移动领域特别相关的问题。然而,在大规模生产之前,燃料电池的制造必须更容易且更具成本效益。特别是,在双极板的生产中降低成本的潜力很大。它们是燃料电池的核心元件,控制氢气和空气的供应以及蒸汽和能量的提取。反映双极板通道结构的流场设计在这里尤为重要。过程中涉及的气体流经这些通道。表面积越大,板材越平坦,燃料电池将。

双极板的形状及其流场是在成型过程中产生的。位于开姆尼茨的弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所 IWU 和位于亚琛的弗劳恩霍夫生产技术研究所 IPT 的专家对生产过程中的这一步骤特别熟悉。这就是为什么他们决定将他们的专业知识提炼成一个共享的虚拟技术工具包。

技术和材料的决策工具

“与我们联系的公司通常希望投资于燃料电池的生产。他们对成型过程将涉及什么有一些基本的想法,但不确定使用该过程的经济后果将是什么。例如,生产率和制造成本特别难以评估,”[email protected] 工作组负责人 Ulrike Beyer 博士解释说。“使用我们的技术工具包,我们可以应用基于证据的分析来观察初始情况,考虑所有可能的结果,并系统地考虑各种依赖关系。这使我们能够为任何需求开发量身定制的技术解决方案。”

除了机器资本、模具成本和生产数量外,研究人员在决策中考虑的参数还包括可以实现的成型结果,例如尺寸、平整度和流场设计。液压成型、压花、压花轧制、压缩成型——每个人的焦点都在改变哪种可用的成型工艺最有前途,正如 Beyer 所说:“例如,虽然压花和液压成型能够生产高质量的双极板,但到目前为止“只有压花轧制才能实现生产率的显着提高。但是,压花轧制在其他方面也有自己的缺点。”

所使用的原材料也会影响成型工艺的选择,正如 Fraunhofer IPT 董事总经理 Christoph Baum 博士所经历的:“最初,我们主要使用复合材料。这些确保燃料电池具有较长的使用寿命,但它们仅适用于大规模生产,因为它们需要更多的努力并且生产成本更高。此外,对于复合材料,即使在加工后,材料厚度仍然相当高。这意味着任何燃料电池堆很快就会变得非常大,这使得它们无法用于车辆。这导致我们越来越多地使用钢等材料,通常会获得更好、更具成本效益的结果。”此外,生产步骤的顺序可以根据选择的技术而变化。这意味着,例如,双极板应在成型之前或之后根据预期应用进行涂层。技术工具包也可以在此处提供指导。

目标:整个燃料电池生产过程的技术工具包

弗劳恩霍夫制造工程与自动化研究所 IPA 目前正在为技术工具包开发一个网站,该网站将很快上线。然而,关于实施理想成型工艺的定制咨询已经可用。

在中期,计划与其他弗劳恩霍夫研究所合作,扩展技术工具包以包括额外的生产步骤和燃料电池组件。“我们的目标是创建一个大型总体数字平台,允许查看各个生产步骤并将其相互结合,以便找到针对特定情况生产完整燃料电池的最佳组合,”Beyer 说。这将通过目前正在设计的 Fraunhofer-Gesellschaft 燃料电池生产国家行动计划来实现。

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