雙極板（BPP）是現(xiàn)代燃料電池的關(guān)鍵組成部分，對(duì)于促進(jìn)乘用車和商用車電動(dòng)出行的發(fā)展，具有重要意義。據(jù)外媒報(bào)道，作為“AKS-雙極”（AKS-Bipolar）研究項(xiàng)目的一部分，斯圖加特大學(xué)（University of Stuttgart）、弗勞恩霍夫物理測(cè)量技術(shù)研究所（Fraunhofer IPM）、蒂森克虜伯汽車系統(tǒng)工程公司（thyssenkrupp System Engineering）和德國(guó)科路德實(shí)業(yè)化工集團(tuán)（Chemische Werke Kluthe）的研究人員正在尋找解決方案，以在生產(chǎn)金屬雙極板的過程中減少?gòu)U品，并提供能源革命所需要的高組件數(shù)量。

斯圖加特大學(xué)金屬成型技術(shù)研究所的測(cè)試設(shè)施（圖片來源：斯圖加特大學(xué)）

       燃料電池由許多堆疊膜電極組件（MEA）構(gòu)成，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。在這些組件之間，通過雙極BPP供應(yīng)必要的反應(yīng)氣體，并排出所產(chǎn)生的水。在現(xiàn)代燃料電池系統(tǒng)中，根據(jù)類型和尺寸，需要安裝300–600個(gè)BPP。

用于分析BPP類結(jié)構(gòu)壓印缺陷的樣品組件

       很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，由石墨制成BPP在市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，由于金屬BPP的成本更低、導(dǎo)電性更高，這一趨勢(shì)正在向金屬BPP轉(zhuǎn)變。為了制造這樣的BPP，研究人員正在使用金屬成型工藝，比起機(jī)械加工工藝，這類工藝成本更低，周期明顯更短。然而，在金屬板材的成型過程中，即使工藝參數(shù)稍有波動(dòng)，也可能導(dǎo)致撕裂、起皺或回彈等缺陷。這使電池組的組裝變得更復(fù)雜。

       整體過程控制和質(zhì)量保證體系

       目前為止，金屬BPP的大多數(shù)缺陷模式，無法統(tǒng)一進(jìn)行檢測(cè)或避免。因此，要在成本和時(shí)間密集的樣品測(cè)試下游進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。在這種情況下，“AKS-Bipolar”項(xiàng)目（高精度壓印雙極板系列生產(chǎn)過程中的主動(dòng)過程控制）的研究人員，正在開發(fā)一個(gè)整體的主動(dòng)過程控制和質(zhì)量保證系統(tǒng)，并計(jì)劃將全表面3D測(cè)量技術(shù)直接集成至組件生產(chǎn)線上，在整體模擬(工具鏈)中繪制所有工藝階段。

       該項(xiàng)目合作伙伴正在使用高度精確的3D數(shù)據(jù)（受益于Fraunhofer IPM的數(shù)字全息傳感器技術(shù)，首次可以大規(guī)模實(shí)時(shí)獲取這些數(shù)據(jù)），并將這些數(shù)據(jù)與斯圖加特大學(xué)金屬成型技術(shù)研究所（IFU）用于工藝設(shè)計(jì)的模擬結(jié)果進(jìn)行了快速而準(zhǔn)確的比較。在這里，IFU使用了金屬板材和固體成型領(lǐng)域眾多研究項(xiàng)目的研究成果，包括之前兩個(gè)關(guān)于金屬板材建模的DFG項(xiàng)目。

       基于這些數(shù)據(jù)，在項(xiàng)目中開發(fā)的仿真工具鏈，能夠生成并優(yōu)化正在研究的成型工藝的數(shù)字孿生件。通過這種方法，可以對(duì)反復(fù)出現(xiàn)的制造問題，如裂紋、褶皺或回彈效應(yīng)，進(jìn)行數(shù)值記錄，并有針對(duì)性地提出相應(yīng)的對(duì)策。

計(jì)劃演示器的示意圖。

       項(xiàng)目獲得成功后，將通過特定工業(yè)制造示例的演示器進(jìn)行演示。為了做到這一點(diǎn)，研究人員正在建立實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（首先是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，然后擴(kuò)展至工業(yè)規(guī)模）。