生产双极板、膜电极组件和压力容器的系统设计

　　氢气是未来的能源之一。然而，为了大量生产氢气、储存氢气并将其转化为电能，该行业需要高效、可扩展的生产工艺以及所需的电解槽和燃料电池系统。位于亚琛的弗劳恩霍夫生产技术研究所（Fraunhofer IPT）的科学家们正在利用卷对卷系统（R2R）重点研究传统的离散和连续生产工艺。

　　在4月22-26日举行的汉诺威工业博览会上，Fraunhofer IPT展出了其模块化系统技术Scalab的部分产品，使用该技术生产的双极板和膜电极组件（MEA）以及用于储存氢气的压力罐。

　　生产双极板的两种工艺

　　双极板是燃料电池和电解槽的核心部件。在H2Go研究项目中，Fraunhofer IPT的研究人员正在开发制造双极板的两种生产方法：离散和连续冲压。离散成型工艺在当今的工业生产中仍然是最先进的。双极板的设计被转移到不锈钢薄板的两面。根据后续堆叠的预期用途，通过几个工艺步骤将半板与双极板连接起来。

　　使用辊对辊工艺（R2R）进行连续压花是Fraunhofer IPT的科学家们正在测试的一种未来生产技术。在辊对辊压花工艺中，金属箔在辊子系统的引导下进行连续加工。生物极板的设计通过结构辊转移到金属箔上。下一步，激光切割出半块板，并将两块板焊接在一起，形成双极板。第二个优化的R2R系统目前正在“H2Go”研究项目中进行安装和测试。

　　用于连续生产的灵活系统技术

　　未来的系统技术应具有灵活的扩展性。因此，Fraunhofer IPT的科学家们开发了模块化机器概念Scalab。它通过各种模块进行补充并扩展为生产线。不同的金属或塑料薄膜生产工艺可以通过这种方式连接起来。

　　在 CoBiP 研究项目中，研究小组将连续生产工艺集成到了一个生产双极板的系统原型中。该生产系统的特点是模块化设计：通过更换或增加功能单元，可以对生产线进行个性化设计和扩展。由于大多数产品的开发周期越来越短，灵活的系统结构提供了许多优势，因为生产可以特别快速地转换为新的变体和产品设计。可用于 R2R 系统的加工技术多种多样，从涂层技术和拾取-放置装配工艺到激光切割和焊接工艺，不一而足。

　　MEA：电解槽和燃料电池的核心部件

　　在制氢过程中，不仅可以使用R2R工艺连续生产双极板，还可以生产MEA。传统的MEA生产包括四个步骤：涂层、干燥、组装和切割。这些步骤也可以在Scalab系统中进行映射。在H2GIGA - FRHY项目中，弗劳恩霍夫研究小组正在继续开发柔性系统设计，以便将催化剂层直接涂在膜的两面。为此，正在对喷墨和近红外技术进行测试。

　　通过Reference Factory.H2，Fraunhofer IPT与弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所（Fraunhofer IWU）和弗劳恩霍夫电子纳米系统研究所（Fraunhofer ENAS）共同组成了一个价值创造社区，推动着高效、单位规模生产技术的快速发展。这三家研究机构正与工业公司一起，为大规模生产中的高性价比氢气系统开发解决方案。

　　在加压罐中安全储存氢气

　　在生产氢气之后，气态能源载体的储存也发挥着重要作用：为此生产的压力罐必须具有高度的弹性和耐久性。多年来，科学家们一直在研究能够满足高安全标准要求的压力罐生产方案。为了生产高强度氢气罐，Fraunhofer IPT采用了一种缠绕工艺，即在塑料基体上缠绕热塑性纤维增强带，并通过激光加热进行焊接。压力测试表明，采用这种工艺制造的氢气罐可以承受高达700巴的工作压力。事实证明，激光辅助缠绕工艺的优势在于热塑性纤维复合材料可以得到很好的加工，无需后凝固，而且材料可以回收利用。

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