研究人员开发双极板解决方案 以用于高性能燃料电池

双极板（BPP）是现代燃料电池的关键组成部分，对于促进乘用车和商用车电动出行的发展，具有重要意义。据外媒报道，作为“AKS-双极”（AKS-Bipolar）研究项目的一部分，斯图加特大学（University of Stuttgart）、弗劳恩霍夫物理测量技术研究所（Fraunhofer IPM）、蒂森克虏伯汽车系统工程公司（thyssenkrupp System Engineering）和德国科路德实业化工集团（Chemische Werke Kluthe）的研究人员正在寻找解决方案，以在生产金属双极板的过程中减少废品，并提供能源革命所需要的高组件数量。

斯图加特大学金属成型技术研究所的测试设施（图片来源：斯图加特大学）

燃料电池由许多堆叠膜电极组件（MEA）构成，将化学能转化为电能。在这些组件之间，通过双极BPP供应必要的反应气体，并排出所产生的水。在现代燃料电池系统中，根据类型和尺寸，需要安装300–600个BPP。

用于分析BPP类结构压印缺陷的样品组件

很长一段时间以来，由石墨制成BPP在市场上占据主导地位。然而，由于金属BPP的成本更低、导电性更高，这一趋势正在向金属BPP转变。为了制造这样的BPP，研究人员正在使用金属成型工艺，比起机械加工工艺，这类工艺成本更低，周期明显更短。然而，在金属板材的成型过程中，即使工艺参数稍有波动，也可能导致撕裂、起皱或回弹等缺陷。这使电池组的组装变得更复杂。

整体过程控制和质量保证体系

目前为止，金属BPP的大多数缺陷模式，无法统一进行检测或避免。因此，要在成本和时间密集的样品测试下游进行质量检验。在这种情况下，“AKS-Bipolar”项目（高精度压印双极板系列生产过程中的主动过程控制）的研究人员，正在开发一个整体的主动过程控制和质量保证系统，并计划将全表面3D测量技术直接集成至组件生产线上，在整体模拟(工具链)中绘制所有工艺阶段。

该项目合作伙伴正在使用高度精确的3D数据（受益于Fraunhofer IPM的数字全息传感器技术，首次可以大规模实时获取这些数据），并将这些数据与斯图加特大学金属成型技术研究所（IFU）用于工艺设计的模拟结果进行了快速而准确的比较。在这里，IFU使用了金属板材和固体成型领域众多研究项目的研究成果，包括之前两个关于金属板材建模的DFG项目。

基于这些数据，在项目中开发的仿真工具链，能够生成并优化正在研究的成型工艺的数字孪生件。通过这种方法，可以对反复出现的制造问题，如裂纹、褶皱或回弹效应，进行数值记录，并有针对性地提出相应的对策。

计划演示器的示意图。

项目获得成功后，将通过特定工业制造示例的演示器进行演示。为了做到这一点，研究人员正在建立实验系统（首先是实验室规模，然后扩展至工业规模）。