燃料電池有巨大的潛力，但目前還沒(méi)有任何圍繞其生產(chǎn)的明確結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)涉及到生產(chǎn)技術(shù)時(shí)，大量的選擇使用戶或潛在用戶在頭腦中保持一個(gè)概覽，并選擇合適的生產(chǎn)工藝來(lái)滿足他們的需求，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。為了幫助克服這個(gè)問(wèn)題，弗勞恩霍夫機(jī)床和成型技術(shù)研究所IWU和弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術(shù)研究所IPT的研究人員正在開(kāi)發(fā)一個(gè)虛擬技術(shù)工具包。該工具包將幫助用戶在制造燃料電池時(shí)做出最佳生產(chǎn)決策，使他們能夠選擇最適合具體應(yīng)用的雙極板成型技術(shù)。

技術(shù)工具箱的可視化。這一欄越高，說(shuō)明該成型工藝在某一特定參數(shù)上的得分越高。

人們對(duì)燃料電池的興趣和需求在不斷增長(zhǎng)。它們代表了一種非常有前途的、更環(huán)保的化石能源的替代品，這在移動(dòng)領(lǐng)域是一個(gè)特別重要的問(wèn)題。然而，在它們能夠被大規(guī)模生產(chǎn)之前，必須使燃料電池的制造更加容易和更具成本效益。特別是，在雙極板的生產(chǎn)方面有很大的成本降低潛力。這些是燃料電池的核心元素，控制著氫氣和空氣的供應(yīng)，以及蒸汽和能量的提取。流場(chǎng)的設(shè)計(jì)反映了雙極板的通道結(jié)構(gòu)，在這里特別重要。參與該過(guò)程的氣體在這些通道中流動(dòng)，表面積越大，板塊越平整，雙極板就能更好地與其他部件相互作用，燃料電池的效率就越高。

雙極板的形狀及其流場(chǎng)是在成型過(guò)程中形成的。位于開(kāi)姆尼茨的弗勞恩霍夫機(jī)床與成型技術(shù)研究所IWU和位于亞琛的弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術(shù)研究所IPT的專家們對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的這一步驟特別熟悉。這就是為什么他們決定將他們的專業(yè)知識(shí)提煉成一個(gè)共享的虛擬技術(shù)工具箱。

技術(shù)和材料的決策工具

"與我們聯(lián)系的公司通常希望投資于燃料電池的生產(chǎn)。他們對(duì)成型工藝有一些基本的想法，但不確定使用這種工藝的經(jīng)濟(jì)后果是什么，例如，生產(chǎn)率和制造成本特別難以評(píng)估。使用我們的技術(shù)工具箱，我們可以應(yīng)用基于證據(jù)的分析來(lái)觀察初始情況，考慮所有可能的結(jié)果，并系統(tǒng)地考慮各種依賴關(guān)系。這使我們能夠?yàn)槿魏涡枨箝_(kāi)發(fā)一個(gè)量身定做的技術(shù)解決方案。"IWU氫能工作組負(fù)責(zé)人UlrikeBeyer博士解釋說(shuō)。

除了機(jī)器資本、模組成本和生產(chǎn)數(shù)量外，研究人員考慮的參數(shù)還包括可實(shí)現(xiàn)的成型效果，如尺寸、平整度和流場(chǎng)設(shè)計(jì)。水壓成型、壓花、壓花軋制、壓縮成型--個(gè)別重點(diǎn)改變了現(xiàn)有成型工藝中最有前途的工藝，正如Beyer所說(shuō)，例如，雖然壓花和水壓成型能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的雙極板，但到目前為止，只有壓花軋制能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)率的大幅提高。然而，壓花軋制在其他方面也有自己的劣勢(shì)。

來(lái)自FraunhoferIWU功能表面和微制造部門的微系統(tǒng)制造和技術(shù)小組組長(zhǎng)UdoEckert在FraunhoferIWU的微加工中心測(cè)試用于燃料電池雙極板生產(chǎn)的銑削工具的精加工。

正如弗勞恩霍夫IPT公司總經(jīng)理ChristophBaum博士所經(jīng)歷的那樣，所使用的原材料也影響著成型工藝的選擇。最初，我們主要使用復(fù)合材料。這些材料確保了燃料電池有很長(zhǎng)的使用壽命，但它們對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)的適用性有限，因?yàn)樗鼈冃枰嗟呐Γ疑a(chǎn)成本更高。此外，對(duì)于復(fù)合材料，即使在加工之后，材料的厚度仍然相當(dāng)高。這意味著任何燃料電池堆很快就會(huì)變得非常大，這使得它們?cè)谲囕v中的使用不切實(shí)際。這導(dǎo)致我們?cè)絹?lái)越多地使用像鋼這樣的材料，通常會(huì)取得更好和更有成本效益的結(jié)果。而且生產(chǎn)步驟的順序可以根據(jù)所選擇的技術(shù)而變化。這意味著，根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用，雙極板應(yīng)在成型之前或之后進(jìn)行涂層，技術(shù)工具箱在這方面也可以提供指導(dǎo)。

目標(biāo)：整個(gè)燃料電池生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)工具箱

弗勞恩霍夫制造工程和自動(dòng)化研究所IPA目前正在為技術(shù)工具包開(kāi)發(fā)一個(gè)網(wǎng)站，該網(wǎng)站很快就會(huì)上線。然而，關(guān)于實(shí)施理想的成型工藝的定制咨詢已經(jīng)推出。

從中期來(lái)看，我們計(jì)劃與其他弗勞恩霍夫研究所合作，將技術(shù)工具包擴(kuò)展到其他生產(chǎn)步驟和燃料電池組件。Beyer說(shuō)："我們的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)大型的總體數(shù)字平臺(tái)，使各個(gè)生產(chǎn)步驟能夠被查看并相互結(jié)合，以找到在特定情況下生產(chǎn)完整燃料電池的最佳組合。這將通過(guò)弗勞恩霍夫公司的燃料電池生產(chǎn)國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃得以實(shí)現(xiàn)，該計(jì)劃目前正在設(shè)計(jì)中。”