Mit der raschen Entwicklung der Wasserstoff-Energiefahrzeugindustrie sind Metall-Bipolarplatten zu einem der kritischsten Kernkomponenten von Wasserstoffbrennstoffzellen geworden. Als einer der Schlüsselteile einer Brennstoffzelle bieten Metallbipolarplatten eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, Vibrationsbeständigkeit und Schlagbeständigkeit und ermöglichen gleichzeitig eine schnelle Wärmeabfuhr, um eine einheitliche Batterietemperatur aufrechtzuerhalten.

Metallbipolare Platten können auch mit relativ dünnen Materialien hergestellt werden, wie z.B. 0,2 mm Edelstahl zum einseitigen Strömungskanalhalbieren oder 0,3 mm Material zum doppelseitigen Strömungskanalhalbieren. Auch dickere Materialien können je nach spezifischen Anwendungsanforderungen eingesetzt werden.

Zu den Hauptfunktionen der bipolaren Platten gehören:

• Gasstromkanalverteilung

• Thermisches Management

• Elektrische Leitung

Die Fertigungspräzision von bipolaren Platten beeinflusst direkt die Leistung von Brennstoffzellen.

Die Herstellungsverfahren für Metallbipolarplatten können in der Regel in Stanzprozesse und chemische Ätzverfahren unterteilt werden. Ersteres verwendet Stanzen, um Strömungskanäle auf Blechen zu bilden, während letzteres chemische Korrosion verwendet, um Strömungskanäle auf beiden Seiten der Metallplatte zu Ätzen. Chemisches Ätzen (Nassätz) mit seinen Vorteilen der burrfreien Verarbeitung, der spannungsfreien Herstellung und der Fähigkeit, komplexe dreidimensionale Strömungskanäle gleichzeitig zu produzieren, ist zu einem Schlüsselprozess für die Herstellung von bipolaren Platten aus Edelstahl und Titanlegierung geworden. Dieser Artikel bietet eine eingehende Analyse der Kernprozessschritte und der betroffenen Gerätesteuerungspunkte.

I. Prozessanforderungen für Metall Bipolar Platte Ätzung

Brennstoffzellenbipolarplatten werden typischerweise aus Edelstahl (SUS304, SUS316L) oder Titanlegierungsblechen mit Dicken von 0,05 mm bis 0,2 mm hergestellt. Typische Strömungskanaltiefen reichen von 0,2 mm bis 0,5 mm, während die Rippenbreite und die Kanalbreite so klein wie 0,3 mm sein können.

Zu den Qualitätsindikatoren gehören:

Durchflusskanal Dimensionsgenauigkeit

• Tiefentoleranz ≤ ± 0,02 mm

• Breitentoleranz ≤ ± 0,01 mm

Seite Ätz Steuerung

• Ätzfaktor ≥ 2,5

• Minimiertes seitliches Ätzen von Strömungskanälen

Oberflächenrauhe

• Ra ≤ 0,8 μm

• Verringert den Kontaktwiderstand und verbessert die Beschichtungshaftung

Burr-Free und Curl-Free Kanten

• Verhindert Schäden an Protonenaustauschmembranen und vermeidet Kurzschlüsse

II. Kernprozessfluss für Metall Bipolar Plate Etching

Eine komplette Metall-bipolare Platte Ätzproduktionslinie umfasst die folgenden Schlüsselprozessabschnitte:

1. Vorbehandlung und Laminierung

Metallspulen oder Bleche werden chemisch gereinigt (Entfettung und Oxiderentfernung), gefolgt von einer doppelseitigen Laminierung mit Trockenfilmphotoresist oder nasser Photoresistbeschichtung. Die Trockenfilmdicke wird entsprechend den Ätztiefenanforderungen ausgewählt, typischerweise zwischen 15 und 40 μm.

2. Exposition und Entwicklung

Eine hochpräzise doppelseitige Belichtungsmaschine überträgt das Strömungskanalmuster auf die Photoresistschicht. Die Ausrichtungsgenauigkeit der Belichtung muss ≤ ±25 μm betragen. Nach der Entwicklung entstehen klare Öffnungsbereiche, in denen die Strömungskanäle geätzt werden.

3. Präzisionsätzen (Kernprozessabschnitt)

Dies ist die kritischste Phase, die die Qualität der bipolaren Platte bestimmt. Es wird zweiseitiges symmetrisches Sprühätzen verwendet, bei dem die Ätzlösung (typischerweise Eisenchlorid- oder Kupferchloridsysteme für Edelstahl) über Hochdruckdüsen gleichmäßig auf die Metalloberfläche gesprüht wird.

Wichtige technische Kontrollpunkte:

Sprühdruck und Oszillation

Obere und untere Sprühdrücke werden unabhängig gesteuert. Schwingarme oder Schwingdüsen beseitigen den „Pooling-Effekt“ und gewährleisten gleichmäßige Ätzraten zwischen Mitte und Kanten.

Temperaturregelung

Die Ätztemperatur wird bei 45 ±1°C (für Edelstahl) gehalten. Übermäßig hohe Temperaturen beschleunigen das Seitenätzen, während niedrigere Temperaturen die Ätzgeschwindigkeit reduzieren.

Etschkonzentration und Regeneration

Baumégrad und ORP (Oxidations-Reduktionspotential) werden in Echtzeit überwacht. Regenerierungsmittel werden automatisch zugegeben oder gesättigte Lösung ersetzt, um stabile Ätzraten aufrechtzuerhalten.

Endpunkterkennung

Wenn die Ätztiefe den Zielwert erreicht (DurchÄtz oder HalbÄtz), hört das Sprühen automatisch auf, um ein ÜberÄtz zu verhindern.

Um eine gleichzeitige Penetration von beiden Seiten zu erreichen und kontinuierliche Strömungskanäle (wie Kathodenplatten) zu bilden, muss die Ätzzeit genau so gesteuert werden, dass sich die Ätzfronten von beiden Seiten in der Mitte treffen und einen glatten Querschnitt bilden. Bei halbgeätzten Anodenplatten (geätzt auf einer Seite, während die andere Seite intakt bleibt) muss die Rückseite der Widerstandsschicht geschützt werden, während die Halbgeätztiefe gesteuert wird.

4. Widerstand Stripping und Nachbehandlung

Nach dem Ätzen entfernt eine alkalische Abstreifmaschine den verbleibenden Trockenfilm. Die Platten werden dann mehrstufig gereinigt, einschließlich Ultraschallreinigung, um Ätzrückstände und Chloridonen von der Oberfläche zu entfernen, gefolgt von Heißlufttrocknung.

5. Inspektion und Schneiden

Ein Online-Vision-Inspektionssystem wird verwendet, um die Abmessungen des Durchflusskanals zu überprüfen und Mängel zu erkennen. Fertigprodukte werden ausgerichtet, geschnitten oder rückgewillt, bevor sie den nächsten Oberflächenbeschichtungsprozess wie Kohlenstoffbeschichtung oder Goldbeschichtung betreten.

III. Huazhou Maschinerie: Metall Bipolar Platte Ätzgerätelösungen für Wasserstoff Brennstoffzellen

Um den Bedürfnissen der Wasserstoffenergieindustrie gerecht zu werden, hat Dongguan Huazhou Machinery Technology Co., Ltd. hochpräzise Metall-bipolare Plattenetzproduktionslinien mit den folgenden Vorteilen entwickelt:

IV. Warum Wählen Sie Chemische Ätzung Statt Stempeln oder Laserverarbeitung?

Stempeln

Bei feinen Strömungskanälen mit Breite-zu-Tiefe-Verhältnissen in der Nähe von 1 kann das Stanzen leicht Zugrisse oder Federrecke verursachen, und Räder an den Kanten sind schwer zu beseitigen. Chemisches Ätzen ist dagegen spannungsfrei und erzeugt glatte Strömungskanalseitenwände.

Laserbearbeitung

Die Laserverarbeitung schafft hitzebedingte Zonen, die zu einer Randoxidation und Schlackenbildung führen. Es hat auch geringere Effizienz und höhere Kosten. Chemisches Ätzen kann ganze Blätter gleichzeitig verarbeiten und eine Produktivität von mehreren Quadratmetern pro Minute erreichen.

Schlussfolgerung

Kostenreduzierung und Effizienzverbesserung in Wasserstoffbrennstoffzellen verlassen sich stark auf hochpräzise und hochkonsistente Metallbipolarplatten. Mit seinen einzigartigen Vorteilen der spannungsfreien Verarbeitung, der hohen Designflexibilität und der skalierbaren Massenproduktionsfähigkeit ist die chemische Ätztechnologie zu einem der Hauptherstellungsprozesse für bipolare Platten geworden.