С быстрым развитием водородной энергетической промышленности транспортных средств металлические биполярные пластины стали одним из наиболее важных основных компонентов водородных топливных элементов. Как одна из ключевых частей топливного элемента, металлические биполярные пластины предлагают отличную электропроводность, сопротивление вибрации и ударность, а также позволяют быстро рассеивать тепло для поддержания равномерной температуры батареи.

Металлические биполярные пластины также могут быть изготовлены с использованием относительно тонких материалов, таких как нержавеющая сталь размером 0,2 мм для полутравления одностороннего канала потока или материал размером 0,3 мм для полутравления двустороннего канала потока. Более толстые материалы также могут использоваться в соответствии с конкретными требованиями применения.

Основные функции биполярных пластин включают:

• Распределение канала потока газа

• Тепловое управление

• Электропровождение

Точность изготовления биполярных пластин напрямую влияет на производительность топливных элементов.

Методы изготовления металлических биполярных пластин, как правило, могут быть разделены на процессы штампования и химические процессы травления. Первый использует штамповку для формирования каналов потока на металлических листах, в то время как второй использует химическую коррозию для травления каналов потока с обеих сторон металлической пластины. Химическое травление (влажное травление), со своими преимуществами обработки без разрыва, производства без напряжения и способности одновременно производить сложные трехмерные каналы потока, стало ключевым процессом производства биполярных пластин из нержавеющей стали и титанового сплава. В этой статье содержится углубленный анализ основных этапов процесса и участвующих в нем точек управления оборудованием.

I. Требования к процессу для травления металлических биполярных пластин

Биполярные пластины топливных элементов обычно изготовлены из нержавеющей стали (SUS304, SUS316L) или листов из титанового сплава с толщиной от 0,05 мм до 0,2 мм. Типичные глубины канала потока варьируются от 0,2 мм до 0,5 мм, в то время как ширина ребра и ширина канала могут быть настолько же малыми, как 0,3 мм.

Основные показатели качества включают:

Размерная точность канала потока

• Толерант глубины ≤ ±0.02 мм

• Толерант ширины ≤ ±0,01 мм

Контроль боковой гравировки

• Коэффициент травления ≥ 2,5

• Минимизированное боковое гравирование каналов потока

Шоробость поверхности

• Ра ≤ 0,8 мкм

• Снижает сопротивление контакту и улучшает адгезию покрытия

Burr-Free и Curl-Free края

• Предотвращает повреждение протонообменных мембран и избегает короткого замыкания

II. Поток процесса ядра для травления металлической биполярной пластины

Полная производственная линия для травления металлических биполярных пластин включает следующие ключевые секции процесса:

1. Предварительная обработка и ламинирование

Металлические катушки или листы химически очищаются (обезжирение и удаление оксидов), а затем двустороннее ламинирование сухой пленкой фоторезиста или мокрым фоторезистом. Толщина сухой пленки выбирается в соответствии с требованиями глубины травления, обычно в диапазоне от 15 до 40 мкм.

2. Воздействие и развитие

Высокоточная двусторонняя экспозиционная машина передает узор канала потока на слой фоторезиста. Точность выравнивания воздействия должна составлять ≤ ±25 мкм. После разработки образуются прозрачные зоны открытия, где будут выгравированы каналы потока.

3. Точное гравирование (секция основного процесса)

Это наиболее критический этап определения качества биполярной пластины. Используется двустороннее симметрическое распыление, где распылительный раствор (обычно системы хлорида железа или хлорида меди для нержавеющей стали) равномерно распыляется на поверхность металла через сопла высокого давления.

Ключевые пункты технического контроля:

Давление и колебания распыления

Верхнее и нижнее давление распыления контролируются независимо. Выкачивающиеся руки или колебанные сопла устраняют «эффект объединения», обеспечивая последовательные скорости травления между центром и краями.

Контроль температуры

Температура гравирования поддерживается при 45 ±1°C (для нержавеющей стали). Чрезмерно высокие температуры ускоряют боковое травление, в то время как более низкие температуры снижают скорость травления.

Концентрация и регенерация травления

Степень Бауме и ORP (окислительно-редуктивный потенциал) контролируются в режиме реального времени. Регенерирующие агенты автоматически добавляются или заменяют насыщенный раствор для поддержания стабильных скоростей травления.

Выявление конечной точки

Когда глубина травления достигает целевого значения (через травление или полутравление), распыление автоматически прекращается, чтобы предотвратить чрезмерное травление.

Чтобы достичь одновременного проникновения с обеих сторон и сформировать каналы непрерывного потока (такие как катодные пластины), время гравирования должно быть точно контролировано таким образом, чтобы фронты гравирования с обеих сторон встречались в центре, образуя гладкий поперечный сечение в форме стеклянных часов. Для полугравированных анодных пластин (гравированных с одной стороны, в то время как другая сторона остается нетронутой), задний слой сопротивления должен быть защищен при контроле глубины полугравирования.

4. Сопротивляйтесь снятию и пост-обработке

После травления машина для щелочного снятия удаляет оставшуюся сухую пленку. Затем пластины подвергаются многоэтапной очистке, включая ультразвуковую очистку, чтобы удалить остатки травления и ионы хлорида с поверхности, а затем сушить на горячем воздухе.

5. Инспекция и резка

Система онлайн-проверки зрения используется для проверки размеров канала потока и обнаружения дефектов. Готовые продукты выравниваются, разрезаются или отвращаются перед вступлением в следующий процесс поверхностного покрытия, такой как углеродное покрытие или золотое покрытие.

III. Машины Хуачжоу: решения оборудования для травления металлических биполярных пластин для водородных топливных элементов

Чтобы удовлетворить потребности водородной энергетической промышленности, Dongguan Huazhou Machinery Technology Co., Ltd. разработала высокоточные производственные линии для гравирования металлических биполярных пластин со следующими преимуществами:

IV. Почему выбрать химическое гравирование вместо штамповки или лазерной обработки?

штамповка

Для тонких каналов потока с соотношением ширины к глубине близким к 1 штамповка может легко вызвать трещины на растяжении или пружину, а разрезы на краях трудно устранить. Химическое травление, напротив, не имеет напряжения и создает гладкие боковые стенки канала потока.

Лазерная обработка

Лазерная обработка создает зоны, подвергаемые воздействию тепла, что приводит к окислению края и образованию шлака. Он также имеет более низкую эффективность и более высокие затраты. Химическое травление может одновременно обрабатывать целые листы, достигая производительности в несколько квадратных метров в минуту.

Вывод

Снижение затрат и повышение эффективности водородных топливных элементов в значительной степени зависят от высокоточных и высокостабильных металлических биполярных пластин. Благодаря своим уникальным преимуществам обработки без напряжения, высокой гибкости конструкции и масштабируемой возможности массового производства технология химического травления стала одним из основных производственных процессов для биполярных пластин.