雙極板（BPP）是現代燃料電池的關鍵組成部分，對于促進乘用車和商用車電動出行的發(fā)展，具有重要意義。據外媒報道，作為“AKS-雙極”（AKS-Bipolar）研究項目的一部分，斯圖加特大學（University of Stuttgart）、弗勞恩霍夫物理測量技術研究所（Fraunhofer IPM）、蒂森克虜伯汽車系統(tǒng)工程公司（thyssenkrupp System Engineering）和德國科路德實業(yè)化工集團（Chemische Werke Kluthe）的研究人員正在尋找解決方案，以在生產金屬雙極板的過程中減少廢品，并提供能源革命所需要的高組件數量。

斯圖加特大學金屬成型技術研究所的測試設施（圖片來源：斯圖加特大學）

       燃料電池由許多堆疊膜電極組件（MEA）構成，將化學能轉化為電能。在這些組件之間，通過雙極BPP供應必要的反應氣體，并排出所產生的水。在現代燃料電池系統(tǒng)中，根據類型和尺寸，需要安裝300–600個BPP。

用于分析BPP類結構壓印缺陷的樣品組件

       很長一段時間以來，由石墨制成BPP在市場上占據主導地位。然而，由于金屬BPP的成本更低、導電性更高，這一趨勢正在向金屬BPP轉變。為了制造這樣的BPP，研究人員正在使用金屬成型工藝，比起機械加工工藝，這類工藝成本更低，周期明顯更短。然而，在金屬板材的成型過程中，即使工藝參數稍有波動，也可能導致撕裂、起皺或回彈等缺陷。這使電池組的組裝變得更復雜。

       整體過程控制和質量保證體系

       目前為止，金屬BPP的大多數缺陷模式，無法統(tǒng)一進行檢測或避免。因此，要在成本和時間密集的樣品測試下游進行質量檢驗。在這種情況下，“AKS-Bipolar”項目（高精度壓印雙極板系列生產過程中的主動過程控制）的研究人員，正在開發(fā)一個整體的主動過程控制和質量保證系統(tǒng)，并計劃將全表面3D測量技術直接集成至組件生產線上，在整體模擬(工具鏈)中繪制所有工藝階段。

       該項目合作伙伴正在使用高度精確的3D數據（受益于Fraunhofer IPM的數字全息傳感器技術，首次可以大規(guī)模實時獲取這些數據），并將這些數據與斯圖加特大學金屬成型技術研究所（IFU）用于工藝設計的模擬結果進行了快速而準確的比較。在這里，IFU使用了金屬板材和固體成型領域眾多研究項目的研究成果，包括之前兩個關于金屬板材建模的DFG項目。

       基于這些數據，在項目中開發(fā)的仿真工具鏈，能夠生成并優(yōu)化正在研究的成型工藝的數字孿生件。通過這種方法，可以對反復出現的制造問題，如裂紋、褶皺或回彈效應，進行數值記錄，并有針對性地提出相應的對策。

計劃演示器的示意圖。

       項目獲得成功后，將通過特定工業(yè)制造示例的演示器進行演示。為了做到這一點，研究人員正在建立實驗系統(tǒng)（首先是實驗室規(guī)模，然后擴展至工業(yè)規(guī)模）。