概述
正如本技术公告所述，当今先进燃料电池的一个关键因素在于大批量优质地生产质子交换膜燃料电池（PEMFC）能量产生过程的核心部件——多个双极板（BPP）。
燃料电池双极板的重要作用
如同电池中的电芯分组排列并提供指定的输出水平一样，PEMFC 中的多个双极板（每个双极板之间有一个膜电极组件（MEA））组合后一起提供所需的电能生产水平（如下图所示）。
图1.PEMFC 中的双极板组件
如下图所示，每个双极板都由多个非常一致且精确组装的元件组成。
图2.双极板组件
成功生产和组装双极板的关键步骤
想要发挥正常功能，双极板需要将电流从一个电芯传导到下一个电芯。几何形状和外观形状的精确性非常重要；精确的几何形状可确保接触电阻均匀，电流和热量在整个双极板上均匀分布。因此，PEMFC 具有较高的可靠性和能源效率。此外，双极板密封垫还必须防止燃料进入电芯的另一侧，即所谓的 “燃料穿透”现象。
ENNOVI 拥有多年生产高精度金属部件和集成橡胶的丰富经验，能够为汽车、运输和工业终端应用提供量身定制的解决方案，深受一流客户的信赖。
凭借丰富的从业经验，ENNOVI 具备了大批量生产 双极板等元件的能力和专业知识，并能精确控制以下关键生产工艺：
- 高精度冲压
- 激光焊接
- 物理气相沉积（PVD）涂层
- 垫片包覆成型
冲压
氢气和氧气在各个双极板之间的膜电极组件上发生反应，生成电能和纯水。膜电极组件可视为燃料电池的心脏，而双极板则是分配气体（氢气和空气）和有效输送电力的血管。
毫无疑问，对于燃料电池中如此关键的部件来说，精度至关重要。想要成功实现大批量生产，就必须严格控制渐进式冲压工艺，同时采用高精度 CNC 技术和刚性压力机，以及快速自动送料系统。
图3.阳极样品
图4.冲压设备
激光焊接
激光焊接是一种有效的连接方法，可焊接薄金属制成的双极板，实现可靠的密封，从而形成具有高机械强度的接缝。在整个焊接过程中，采用统一的单一夹具法最有利于激光焊接步骤的成功实施。
想要保持大批量生产，就必须实现零配件的自动装载、夹紧和卸载。焊接件能否满足质量要求取决于我们是否实施 100% 焊接质量密封性检测。
图5.焊接生产线详情
图6.激光焊接设备
物理气相沉积（PVD）涂层
双极板上使用 PVD 涂层，可以提高耐腐蚀性并保持较低的电气接触电阻。为了实现理想的 PVD 涂层性能，高产量且高精度的生产工序以及良好的质量控制措施必不可少。
图7.PVD 涂层设备
图8. PVD双面涂层
垫片包覆成型
使用硅橡胶或三元乙丙橡胶材料进行垫片包覆成型需要采用能够在避免双极板流道发生任何变形的同时一次性成型阳极和阴极两面的高精度工艺。
图9.垫片包覆成型设备
图10.垫片双面组装
有限元分析与检测
实现精确一致的外形尺寸对于双极板的成功运行至关重要。因此， ENNOVI 必须使用有限元分析（FEA）对设计进行广泛分析。有限元分析可以帮助设计人员测量和确认以下关键参数，以确保双极板功能符合预期：
- 成型参数
- 材料减薄率
- 整体平面度
- 流道高度
- 流道平面面积
图11.流道的有限元分析
关键参数需要维持在非常小的公差范围内，例如：
- 流道高度： ±0.015 mm
- 厚度均匀率：8%（活性区域）
- 厚度减薄率：25%（现有样品）
- 流道平面宽度： ±0.03 mm
- 流道间距：1.0 mm（适用于厚度为 0.075 – 0.1 mm的 双极板原材料）
除了通过有限元分析和生产取样进行前期设计验证来确保关键参数处于可接受的范围内，还可以在生产中进行 100% 密封检测。
小结
PEMFC预计将对行业从化石燃料能源向更环保、更可持续能源的转型产生重大影响。想要有效实现此项目标，就需要开发出能够经济有效地生产对PEMFC系统至关重要的双极板的方法。
为了成功实现大批量生产水平，燃料电池制造商需要与可靠的合作伙伴在设计和制造方面建立密切的关系。这些合作伙伴必须能够在保持成功所需严格质量参数的同时，为初始设计、有限元分析、原型设计乃至大批量商业生产转型这一整个流程提供支持。
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