Con il rapido sviluppo dell'industria dei veicoli a energia idrogenica, le piastre bipolari metalliche sono diventate uno dei componenti principali più critici delle celle a combustibile a idrogeno. Come una delle parti chiave di una cella a combustibile, le piastre bipolari in metallo offrono un'eccellente conduttività elettrica, resistenza alle vibrazioni e resistenza agli impatti, consentendo allo stesso tempo una rapida dissipazione del calore per mantenere una temperatura uniforme della batteria.

Le piastre bipolari in metallo possono anche essere fabbricate utilizzando materiali relativamente sottili, come l'acciaio inossidabile da 0,2 mm per la metà-incisione a canale di flusso singolo lato o materiale da 0,3 mm per la metà-incisione a canale di flusso doppio lato. Anche materiali più spessi possono essere utilizzati in base alle specifiche esigenze dell'applicazione.

Le funzioni principali delle piastre bipolari includono:

• Distribuzione del canale di flusso di gas

• Gestione termica

• Conduzione elettrica

La precisione di fabbricazione delle piastre bipolari influisce direttamente sulle prestazioni delle celle a combustibile.

I metodi di fabbricazione per piastre bipolari metalliche possono generalmente essere suddivisi in processi di stampatura e processi di incisione chimica. Il primo utilizza la stampatura per formare canali di flusso su lastre metalliche, mentre il secondo utilizza la corrosione chimica per incidere canali di flusso su entrambi i lati della piastra metallica. L'incisione chimica (incisione umida), con i suoi vantaggi di lavorazione senza burr, produzione senza sollecitazioni e la capacità di produrre contemporaneamente complessi canali di flusso tridimensionali, è diventata un processo chiave per la produzione di piastre bipolari in acciaio inossidabile e lega di titanio. Questo articolo fornisce un'analisi approfondita delle fasi di processo fondamentali e dei punti di controllo dell'attrezzatura coinvolti.

I. Requisiti di processo per l'incisione di piastre bipolari in metallo

Le piastre bipolari delle celle a combustibile sono tipicamente realizzate in acciaio inossidabile (SUS304, SUS316L) o fogli in lega di titanio con spessori che vanno da 0,05 mm a 0,2 mm. Le tipiche profondità del canale di flusso vanno da 0,2 mm a 0,5 mm, mentre la larghezza della costola e la larghezza del canale possono essere piccole fino a 0,3 mm.

I principali indicatori di qualità includono:

Precisione dimensionale del canale di flusso

• Tolleranza di profondità ≤ ± 0,02 mm

• Tolleranza di larghezza ≤ ± 0,01 mm

Controllo dell'incisione laterale

• Fattore di incisione ≥ 2,5

• Minimizzazione dell'incisione laterale dei canali di flusso

Ruosità della superficie

• Ra ≤ 0,8 μm

• Riduce la resistenza al contatto e migliora l'aderenza del rivestimento

Bordi Senza Burr e Senza Curl

• Previene i danni alle membrane di scambio di protoni ed evita i cortocircuiti

II. Core Process Flow per l'incisione a piastra bipolare in metallo

Una linea di produzione completa di incisione di piastre bipolari in metallo comprende le seguenti sezioni di processo chiave:

1. Pre-trattamento e laminazione

Le bobine o i fogli di metallo vengono puliti chimicamente (sgrassamento e rimozione degli ossidi), seguiti da una laminazione a due lati con rivestimento fotoresisto a pellicola secca o fotoresisto umido. Lo spessore della pellicola secca viene selezionato in base alle esigenze di profondità di incisione, che in genere vanno da 15 a 40 μm.

2. Esposizione e sviluppo

Una macchina di esposizione a doppio lato ad alta precisione trasferisce il modello del canale di flusso sullo strato di fotoresistenza. La precisione dell'allineamento dell'esposizione deve essere ≤ ±25 μm. Dopo lo sviluppo, si formano aree di apertura chiare dove saranno incisi i canali di flusso.

3. Incisione di precisione (sezione di processo centrale)

Questa è la fase più critica per determinare la qualità della piastra bipolare. Viene utilizzata l'incisione simmetrica a doppio lato, dove la soluzione di incisione (tipicamente sistemi di cloruro ferrico o cloruro di cupro per acciaio inossidabile) viene spruzzata uniformemente sulla superficie metallica attraverso ugelli ad alta pressione.

Punti di controllo tecnici chiave:

Pressione di spruzzo e oscillazione

Le pressioni di spruzzo superiori e inferiori sono controllate in modo indipendente. Bracci oscillanti o ugelli oscillanti eliminano l'"effetto pooling", garantendo velocità di incisione coerenti tra il centro e i bordi.

Controllo della temperatura

La temperatura di incisione è mantenuta a 45 ±1°C (per l'acciaio inossidabile). Temperature eccessivamente elevate accelerano l'incisione laterale, mentre temperature più basse riducono la velocità di incisione.

Concentrazione e rigenerazione dell'incisione

Il grado di Baumé e ORP (potenziale di ossidazione-riduzione) vengono monitorati in tempo reale. Gli agenti rigeneranti vengono aggiunti automaticamente o la soluzione satura viene sostituita per mantenere velocità di incisione stabili.

Rilevamento Endpoint

Quando la profondità di incisione raggiunge il valore obiettivo (incisione attraverso o metà incisione), la spruzzatura si ferma automaticamente per evitare l'eccessiva incisione.

Per raggiungere la penetrazione simultanea da entrambi i lati e formare canali di flusso continuo (come piastre a catodo), il tempo di incisione deve essere controllato con precisione in modo che i fronti di incisione da entrambi i lati si incontrino al centro, formando una sezione trasversale liscia a forma di orologiero. Per le piastre di anodo a metà incisione (incise su un lato mentre l'altro lato rimane intatto), lo strato di resistenza posteriore deve essere protetto mentre si controlla la profondità della metà incisione.

4. Resiste lo spogliamento e il post-trattamento

Dopo l'incisione, una macchina di spogliatura alcalina rimuove il film secco rimanente. Le piastre vengono quindi sottoposte a una pulizia multifase, compresa la pulizia ad ultrasuoni, per rimuovere i residui di incisione e gli ioni cloruro dalla superficie, seguita dall'asciugatura ad aria calda.

5. Ispezione e taglio

Un sistema di ispezione della visione online viene utilizzato per controllare le dimensioni del canale di flusso e rilevare difetti. I prodotti finiti vengono livellati, tagliati o rimbobinati prima di entrare nel successivo processo di rivestimento superficiale, come il rivestimento al carbonio o la placcatura in oro.

III. Macchine di Huazhou: soluzioni dell'attrezzatura di incisione della piastra bipolare del metallo per le celle a combustibile dell'idrogeno

Per soddisfare le esigenze dell'industria dell'energia dell'idrogeno, Dongguan Huazhou Machinery Technology Co., Ltd. ha sviluppato linee di produzione di incisione di piastre bipolari in metallo ad alta precisione con i seguenti vantaggi:

IV. Perché scegliere l'incisione chimica invece della stampatura o della lavorazione laser?

Stampaggio

Per i canali di flusso fine con rapporti larghezza-profondità vicini a 1, la stampatura può facilmente causare crepe a trazione o rimolazione e le borse sui bordi sono difficili da eliminare. L'incisione chimica, al contrario, è esente da sollecitazioni e produce pareti laterali di canale di flusso lisce.

Lavorazione laser

La lavorazione laser crea zone colpite dal calore che provocano ossidazione dei bordi e formazione di scorie. Ha anche meno efficienza e costi più alti. L'incisione chimica può elaborare fogli interi contemporaneamente, raggiungendo una produttività di diversi metri quadrati al minuto.

Conclusione

La riduzione dei costi e il miglioramento dell'efficienza nelle celle a combustibile a idrogeno dipendono fortemente da piastre bipolari metalliche ad alta precisione e altamente coerenti. Con i suoi vantaggi unici di lavorazione senza sollecitazioni, alta flessibilità di progettazione e capacità di produzione di massa scalabile, la tecnologia di incisione chimica è diventata uno dei principali processi di produzione per piastre bipolari.