改变双极板生产方式

气候友好型燃料电池系统将在未来为汽车和其他机械提供动力，但目前这种系统仍然很少见，而且价格昂贵。这其中有几个原因，包括生产双极板的工艺复杂且成本高昂，而双极板是电解槽和燃料电池的关键部件。弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所（Fraunhofer IWU）通过引入创新的辊式压花系统，在降低成本和批量生产双极板方面迈出了重要一步：BPPflexRoll。

这种方法的主要优点是加工速度快，从而大大提高了单位产量，实现了规模经济，并最终显著降低了成本。

氢燃料电池非常高效。它们利用氢气和氧气生产电力，为环保汽车等机器提供动力。电解器利用电能将水分离成氢和氧，从而逆转这一过程。这两种氢气系统都需要双极板（BPP），其中包括两个关键转换组件：燃料电池系统中的膜电极组件（MEA）和电解槽中的催化剂涂层膜（CCM）。在燃料电池堆中，双极板的双层结构允许氧气和氢气流向MEA的两侧，同时冷却电池堆。问题在于，目前生产双极板的工艺成本高昂，这阻碍了氢技术的应用，从而阻碍了氢动力燃料电池的广泛应用。只有降低相关核心部件的生产成本，才能释放这一潜力。位于德国开姆尼茨的弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所（Fraunhofer IWU）的研究人员与 Profiroll Technologies GmbH合作，开发出一种用于轧辊压花的原型系统：BPPflexRoll。该生产线已在Fraunhofer IWU启动并运行，该系统由三个辊架组成，安装占地面积为4500mm x 3300mm。

连续加工取代非连续批量生产

金属双极板之所以如此昂贵，原因之一是它们是非连续批量生产的。“每块双极板由两半不锈钢组成。气体流动和散热结构通过非连续成型工艺压印在两半板上，然后将它们连接在一起。我们的辊式压花系统可以用连续工艺取代这些不连续的工艺链或生产步骤。由于没有停顿和启动，这种工艺可以实现高单位产量。”Fraunhofer IWU金属薄板加工和工具设计小组负责人Stefan Polster解释说。“辊压工艺的一大优势是加工速度较快，每分钟可以生产多达120块BPP半板。”Fraunhofer IWU成型机小组经理Robin Kurth指出。研究人员希望这种生产方法的转变能将双极板的生产成本降低一半。

在新开发的技术中，双极板的结构是通过一对辊子压制而成的，薄如晶片的金属带在辊子之间连续运行。其中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辊子与工件大约只有一线接触，与传统的压花工艺相比，分步成型可将工艺力平均降低十倍。这就实现了更小、更低成本的机器技术。灵活性是该系统的另一个优势，所需的辊组数量可根据双极板的几何形状进行单独调整。

带有集成监控系统的认知成型机

通过新的试验系统，Fraunhofer IWU的研究人员也向认知成型机迈出了重要一步，认知成型机可以使用传感器和智能算法进行自我监控。Kurth说：“与以前的系统不同，今后我们将通过传感器采集、整合和分析工艺参数，实时监控双极板的质量，然后将通过云解决方案对数据进行处理并使其可用。使用该设备生产的首批双极板已经在弗莱堡弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer ISE）的燃料电池中进行了测试。”

通过BPPflexRoll，研究人员为批量生产高效率、低成本的双极板铺平了道路。4月22-26日，在汉诺威工业博览会2号展厅B24展台的弗劳恩霍夫联合展台上，他们展示了作为BPPflexRoll组件的辊子，以及用其生产的双极板。

本文来源：弗劳恩霍夫机床与成型技术研究所

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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