弗劳恩霍夫开发虚拟技术工具包 帮助燃料动力电池生产商挑选最适合的双极板技术

燃料电池有巨大的潜力，但目前还没有任何围绕其生产的明确结构和标准。当涉及到生产技术时，大量的选择使用户或潜在用户在头脑中保持一个概览，并选择合适的生产工艺来满足他们的需求，这是一个挑战。为了帮助克服这个问题，弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所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，使他们能够选择最适合具体应用的双极板成型技术。

技术工具箱的可视化。这一栏越高，说明该成型工艺在某一特定参数上的得分越高。

人们对燃料电池的兴趣和需求在不断增长。它们代表了一种非常有前途的、更环保的化石能源的替代品，这在移动领域是一个特别重要的问题。然而，在它们能够被大规模生产之前，必须使燃料电池的制造更加容易和更具成本效益。特别是，在双极板的生产方面有很大的成本降低潜力。这些是燃料电池的核心元素，控制着氢气和空气的供应，以及蒸汽和能量的提取。流场的设计反映了双极板的通道结构，在这里特别重要。参与该过程的气体在这些通道中流动，表面积越大，板块越平整，双极板就能更好地与其他部件相互作用，燃料电池的效率就越高。

双极板的形状及其流场是在成型过程中形成的。位于开姆尼茨的弗劳恩霍夫机床与成型技术研究所IWU和位于亚琛的弗劳恩霍夫生产技术研究所IPT的专家们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箱。

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。他们对成型工艺有一些基本的想法，但不确定使用这种工艺的经济后果是什么，例如，生产率和制造成本特别难以评估。使用我们的技术工具箱，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一个量身定做的技术解决方案。"IWU氢能工作组负责人UlrikeBeyer博士解释说。

除了机器资本、模组成本和生产数量外，研究人员考虑的参数还包括可实现的成型效果，如尺寸、平整度和流场设计。水压成型、压花、压花轧制、压缩成型--个别重点改变了现有成型工艺中最有前途的工艺，正如Beyer所说，例如，虽然压花和水压成型能够生产高质量的双极板，但到目前为止，只有压花轧制能够实现生产率的大幅提高。然而，压花轧制在其他方面也有自己的劣势。

来自FraunhoferIWU功能表面和微制造部门的微系统制造和技术小组组长UdoEckert在FraunhoferIWU的微加工中心测试用于燃料电池双极板生产的铣削工具的精加工。

正如弗劳恩霍夫IPT公司总经理ChristophBaum博士所经历的那样，所使用的原材料也影响着成型工艺的选择。最初，我们主要使用复合材料。这些材料确保了燃料电池有很长的使用寿命，但它们对大规模生产的适用性有限，因为它们需要更多的努力，而且生产成本更高。此外，对于复合材料，即使在加工之后，材料的厚度仍然相当高。这意味着任何燃料电池堆很快就会变得非常大，这使得它们在车辆中的使用不切实际。这导致我们越来越多地使用像钢这样的材料，通常会取得更好和更有成本效益的结果。而且生产步骤的顺序可以根据所选择的技术而变化。这意味着，根据预期的应用，双极板应在成型之前或之后进行涂层，技术工具箱在这方面也可以提供指导。

目标：整个燃料电池生产过程的技术工具箱

弗劳恩霍夫制造工程和自动化研究所IPA目前正在为技术工具包开发一个网站，该网站很快就会上线。然而，关于实施理想的成型工艺的定制咨询已经推出。

从中期来看，我们计划与其他弗劳恩霍夫研究所合作，将技术工具包扩展到其他生产步骤和燃料电池组件。Beyer说："我们的目标是创建一个大型的总体数字平台，使各个生产步骤能够被查看并相互结合，以找到在特定情况下生产完整燃料电池的最佳组合。这将通过弗劳恩霍夫公司的燃料电池生产国家行动计划得以实现，该计划目前正在设计中。”