Elektrolyseure und Brennstoffzellen benötigen dünne, speziell entwickelte Platten, die mehr als nur eine Struktur bilden. bipolare Platte Der Herstellungsprozess erzeugt Komponenten, die verschiedene Gase einleiten, lenken und steuern, Strom leiten und die Wärme im Stapel regulieren. Da für ein System Tausende von Platten benötigt werden können, können bereits geringe Produktionsabweichungen Effizienz, Lebensdauer und Gesamtkosten beeinflussen. Die Herstellung von Bipolarplatten ist komplex, da Präzision und Toleranzen mit Beständigkeit gegenüber extremen Umgebungsbedingungen kombiniert werden müssen.
Wir werden beschreiben, wie diese Platten hergestellt werden, welche Bedeutung sie haben und wo sie eingesetzt werden.
Herstellungsprozess von Bipolarplatten
Die Herstellung von Bipolarplatten ist ein mehrstufiger Prozess, der Rohmetall in hochspezialisierte Bauteile umwandelt, die letztendlich in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren zum Einsatz kommen. Die einzelnen Schritte werden im Folgenden detaillierter erläutert.
Materialauswahl
Der Prozess beginnt mit der Auswahl des zu verwendenden Rohmaterials. Die Wahl des Rohmaterials hängt davon ab, ob die Anwendung eine höhere Leitfähigkeit, eine geringere Korrosionsbeständigkeit oder ein geringeres Gewicht erfordert.
- Edelstahl ist als Konstruktionsmaterial die gängigste Wahl. Edelstahl bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Leitfähigkeit.
- Titan und Speziallegierungen können auch in Verbindung mit Bipolarplatten in einer Umgebung mit hohem Korrosionsrisiko eingesetzt werden.
Die Wahl des Basismaterials bestimmt die Leistungsgrundlage für alle Platten im Stapel.
Beschichtungsmethoden
Beschichtungen können sowohl zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit als auch zur Erhöhung der Leitfähigkeit aufgebracht werden. Es gibt zwei etablierte Verfahren zum Beschichten von Bipolarplatten:
- Vorbeschichtetes Material wird in einem Rolle-zu-Rolle-Beschichtungssystem vor der Formgebung aufgerollt;
- Die Beschichtung erfolgt nach Abschluss aller Fertigungsschritte der Bipolarplatte.
Die Wahl des Vor- oder Nachbeschichtungsverfahrens hängt von den Kosten, der Konstruktion oder den Anforderungen an die Haltbarkeit der Bipolarplatten ab.
Definition der Geometrie
Die Strömungsfeldgeometrie kann auch an die individuelle Zellkonstruktion angepasst werden. Dies ist ein iterativer Prozess und hängt von folgenden Faktoren ab:
- Muster der Gasverteilung,
- Kühlanforderungen und
- Schichtintegration mit Membranen, Dichtungen und Diffusionsschichten.
Die Geometrie ist der kritischste Aspekt bei Bipolarplatten, da sie die Leistungsdichte beeinflussen kann.
Der Formungsprozess
Umformen ist ein Prozess, bei dem ein Metallblech in seine funktionelle Form gebracht wird. Zu den Methoden gehören unter anderem:
- Stanzen – ein Hochgeschwindigkeitsverfahren, das sich leicht skalieren lässt,
- Hydroforming – ein hochpräzises Verfahren, bei dem mit Hochdruckflüssigkeit geformt wird, um jede gewünschte Form, selbst bei engsten Toleranzen, zu erzielen.
- Tiefziehen oder Rotationsumformen – wird zur Herstellung komplexer Geometrien in dickwandigen Metallen verwendet,
Die Wahl des richtigen Umformverfahrens ist ein Balanceakt zwischen Kosten und Leistungsanforderungen.
Schneiden und Schweißen
Sobald die Platten geformt sind, müssen sie nun zugeschnitten und miteinander verbunden werden:
- Beim Laserschneiden entstehen gratfreie Kanten – ein entscheidender Faktor für die Funktionsfähigkeit im Langzeitbetrieb.
- Durch Laserschweißen werden mehrere Platten mit sehr geringen Toleranzen verbunden, um sicherzustellen, dass die Stapel leckagefrei sind und die Zuverlässigkeit gewährleistet ist.
- Richten, reinigen und versiegeln
Es gibt zusätzliche Schritte, um sicherzustellen, dass das Endprodukt optimal ist:
- Richten ist der Vorgang, bei dem jegliche Verformungen oder Spannungen beseitigt werden, die während der Umformung im Substrat entstanden sind.
- Durch die Reinigung wird die chemische und elektrische Stabilität der Platten überprüft.
- Die Versiegelung – üblicherweise durch Siebdruck, Spritzguss oder Dosieren – vervollständigt die Platten für die Montage zu Stapeln.
Dichtigkeitsprüfung
Die Platten werden auf Dichtheit geprüft – von der Differenzialprüfung bis zur Heliumlecksuche werden alle möglichen Messgrößen berücksichtigt, um die Zuverlässigkeit der Funktion zu gewährleisten.
Das Herstellungsverfahren für Metallplatten ermöglicht die Fertigung einfacher Bauteile, während die Herstellung von Bipolarplatten engere Toleranzen und sehr spezifische Oberflächenbehandlungen für den jeweiligen Anwendungszweck erlaubt. Insgesamt tragen diese Schritte zur Herstellung von Komponenten bei, die einen Beitrag zu einem leistungsstarken und langlebigen System für saubere Energie leisten.
Bedeutung der bipolaren Platten
Bipolarplatten machen fast die Hälfte der Kosten eines Brennstoffzellenstapels und bis zu 80 % seines Gewichts aus. Bei der Entwicklung einer Bipolarplatte darf man sich daher nicht nur auf das Gewicht konzentrieren; sie erfüllen mehr als nur Platz zwischen den Zellen – sie bieten wichtige Funktionen wie:
- Gasmanagement: gleichmäßige Verteilung von Wasserstoff und Sauerstoff auf die einzelnen Elektroden, Abtransport von Wasser aus dem Stack und Regulierung der Stack-Temperatur.
- Elektrische Kontinuität: Strom wird effektiv von Zelle zu Zelle geleitet, um Energie zu erzeugen.
- Strukturelle Unterstützung und Abdichtung: Zusammenhalten der Membran-Elektroden-Einheiten und Abdichten des Stapels gegen Verunreinigungen.
Diese Funktionen bedeuten, dass bereits kleine Änderungen, die die Konstruktion oder Herstellung einer Bipolarplatte verbessern, die Leistungsdichte erhöhen, die Verluste verringern und die Lebensdauer des Systems verlängern können. Daher ist jede Konstruktions- oder Entwicklungsentscheidung, von den Materialien bis hin zu den Kanalmustern, von großer Bedeutung.
TMNetch-Bipolarplatten
TMNetch ist ein spezialisiertes Fertigungsunternehmen, das mit fortschrittlichen Verfahren Hochleistungs-Bipolarplatten herstellt. bipolare Platte Der Fertigungsprozess geht über die reine Produktion hinaus. Mehr als 100 Ingenieure und Chemiker arbeiten an der Entwicklung von Ätztechnologien mit engeren Toleranzen und feineren Details. Zu den wichtigsten Vorteilen zählen:
- Kundenspezifische Ätzung mit mehrstufigem Kanaldesign
TMNetch ist in der Lage, Strömungskanäle und Oberflächenstrukturen mit unterschiedlichen Tiefen photochemisch zu ätzen, beispielsweise 0.6 mm und 0.4 mm auf der einen Seite sowie 0.5 mm auf der anderen Seite, was eine präzise Steuerung der Fluid- und Gasverteilung ermöglicht.
- Einzigartige Beschichtungsfähigkeiten
Die Platte kann einseitig mit Platin und auf der anderen Seite mit einer MMO-Beschichtung (Mischmetalloxid) versehen sein. Diese Doppelbeschichtung verbessert die Leistung und die Korrosionsbeständigkeit.
- Lasergeschweißte Dichtung für leckagefreie Montage
TMNetch laserschweißt Dichtungsnuten, die dünn, glatt und bündig sind. Dies ist wichtig für zuverlässig leckagefreie Abdichtungen.
- Schnelles Prototyping mit gleichbleibender Präzision
Benötigen Sie schnelle Designtests? TMNetch Wir können Prototypen innerhalb von 6 Stunden liefern und Toleranzen von ± 0.05 mm einhalten.
- Qualifiziertes Personal und globale Präsenz
Ihre kundenspezifischen Bipolarplatten werden mit vollständiger Dokumentation und COC-Unterstützung international versendet, sodass es beim Export/Import keine Probleme gibt.
Häufig gestellte Fragen zum Herstellungsprozess von Bipolarplatten
Wie stellt man eine Bipolarplatte her?
Bipolarplatten werden mithilfe von Verfahren wie fotochemischem Ätzen, Formen, Beschichten und Versiegeln hergestellt. Die Herstellungsprozesse der Bipolarplatten legen die Strömungsfelder fest, gewährleisten Korrosionsschutz und bereiten die Platten für die Stapelung vor.
Woraus bestehen Bipolarplatten?
Zu den am häufigsten verwendeten Werkstoffen für Bipolarplatten zählen Edelstahl, Titan, Graphit und Verbundwerkstoffe. Metallische Bipolarplatten werden oft aufgrund ihrer Festigkeit und Leitfähigkeit ausgewählt, während andere Beschichtungen die Haltbarkeit für anspruchsvolle PEM- oder alkalische Anwendungen verbessern.
Welche Herstellungsverfahren werden für Platten verwendet?
Für die Herstellung von Bipolarplatten aus Metall standen verschiedene Bearbeitungsverfahren zur Auswahl, darunter Stanzen, Hydroformen oder Tiefziehen. Im Gegensatz dazu bietet die fotochemische Ätzung Präzision und Flexibilität.
Wie funktioniert eine Bipolarplatte?
Eine Bipolarplatte trennt und verbindet benachbarte Brennstoffzellen und trennt gleichzeitig die Gase. Die Verteilung von Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt über Strömungskanäle in den Platten. Beschichtungen verhindern Korrosion und gewährleisten die Leitfähigkeit. Die Bipolarplatten tragen zur Aufrechterhaltung der Stapeleffizienz bei, indem sie den Strom lenken und Wärme und Wasser regulieren.
Fazit
Der Herstellungsprozess von Bipolarplatten ist ein Schlüsselelement für den Bau zuverlässiger und leistungsstarker Brennstoffzellen und Elektrolyseure. Von der Materialauswahl über Ätzung und Präzision bis hin zu Beschichtungen und Abdichtung – all diese Aspekte beeinflussen Effizienz und Lebensdauer unmittelbar. TMNetch verfügt über die Erfahrung und das Fachwissen, um selbst die komplexesten Konstruktionen in praktische und langlebige Bauteile umzusetzen.
