Ein Bild einer bipolaren Platte

Brennstoffzellen

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Wasserstoff-Brennstoffzellen, eine Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, werden zur Stromversorgung einer Vielzahl von Systemen eingesetzt, darunter Autos, Busse, Gabelstapler, tragbare Geräte und andere Energiespeicheranwendungen. Unabhängig von ihrem Verwendungszweck sind Brennstoffzellen auf Bipolarplatten und die dazwischen verschweißten Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) als Schlüsselkomponenten angewiesen.

Bipolare Platten und MEAs sind komplex und anspruchsvoll in der Herstellung, wobei für die Produktion eines einzigen Brennstoffzellenstapels in der Regel Hunderte davon benötigt werden. Zwischen Schneiden und Trimmen, Trocknen von Elektrodenslurries, Oberflächenvorbereitung und Verschweißen von bipolaren Plattenbaugruppen hat sich die Laserbearbeitung als das Verfahren der Wahl herausgestellt, um ein hohes Maß an Präzision zu erreichen und den Durchsatz im Herstellungsprozess zu maximieren.

Als weltweit führender Anbieter von Laserlösungen für E-Mobilitätsanwendungen verfügen wir über praktische Erfahrung in der Herstellung von Brennstoffzellen. Natürlich ist jede Anwendung anders – erzählen Sie uns von Ihrer Anwendung, damit wir Ihnen zeigen können, wie IPG-Laserlösungen Ihre Brennstoffzellenproduktion optimieren können.

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Brennstoffzellen-Laseranwendungen

Schweißen von bipolaren Plattenbaugruppen

Das Schweißen von bipolaren Platten ist ein entscheidender Schritt im Herstellungsprozess und bringt zwei große Herausforderungen mit sich: Qualität und Geschwindigkeit. Der Laserstrahl muss eine sehr präzise Tiefe erreichen, wobei in der Regel eine vollständige Durchdringung vermieden werden muss, um eine hermetische Abdichtung zu erzielen. Angesichts der großen Anzahl langer Schweißbahnen müssen diese hochwertigen Nähte auch sehr schnell hergestellt werden.

Schneiden von bipolaren Platten

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, bipolare Platten zu schneiden, darunter Stanzen, chemisches Ätzen und Laserschneiden. Laserschneiden wird häufig zum Zuschneiden bipolarer Platten nach dem Prägen verwendet, da es hohe Schnittgeschwindigkeiten und eine hohe Kantenqualität bietet. Das Erreichen gratfreier Kanten ist entscheidend, um eine optimale Leistung der fertigen Brennstoffzelle zu gewährleisten.

Trocknen von Elektrodenlagen

Ein häufiger Engpass und eine Herausforderung im Produktionsprozess von Brennstoffzellen ist das Trocknen der Elektrodenschichten, aus denen die MEA besteht. Traditionell erfolgt dies in Konvektionsöfen. Das Lasertrocknen bietet außergewöhnliche Prozessverbesserungen, darunter deutlich höhere Trocknungsgeschwindigkeiten, eine größere Energieeffizienz und einen geringeren Platzbedarf für die Anlagen.

Schneiden von Membran-Elektroden-Einheiten

MEA-Schichten müssen auf die richtige Größe zugeschnitten werden, damit sie in die endgültige bipolare Plattenbaugruppe passen. Laserschneiden ist ein flexibles, berührungsloses Verfahren, das sich durch hohe Geschwindigkeit und hervorragende Kantenqualität auszeichnet. Laserschneiden minimiert Grate und andere Schnittkantenfehler und gewährleistet so eine gute Leistung der fertigen Brennstoffzelle.

Texturierung und Reinigung bipolarer Platten

Bipolare Platten müssen oft strukturiert und gereinigt werden, um anspruchsvolle Qualitätsstandards zu erfüllen. Die Laserstrukturierung verbessert die Haftung von Schutzbeschichtungen, während die Laserreinigung Verunreinigungen entfernt. Die Laseroberflächenbearbeitung ist ein schneller, berührungsloser Prozess, der selektiv auf den gewünschten Bereich ausgerichtet werden kann, ohne dass eine Abdeckung erforderlich ist.

Markierung bipolarer Platten

Die Lasermarkierung erleichtert die Rückverfolgbarkeit während des Herstellungsprozesses von Brennstoffzellen. Als wartungsarme, schnelle und kostengünstige Markierungsmethode eignet sich die Lasermarkierung ideal für Produktionsumgebungen mit hohem Durchsatz, wie sie bei der Herstellung von Brennstoffzellen und Bipolarplatten üblich sind.

Lösungen für die Brennstoffzellenfertigung

IPG-Faserlaser stehen für Zuverlässigkeit, Effizienz und Präzision. Unabhängig von der Anwendung können IPG-Laserparameter wie Strahlqualität, Spotform und -größe sowie Ausgangsleistung individuell angepasst werden, um Qualität und Durchsatz zu maximieren.

Erfahren Sie mehr über IPG-Laser

Von speziell für bestimmte Anwendungen entwickelten Prozessköpfen bis hin zu für Schweiß- und Reinigungsarbeiten optimierten Scannern – die Strahlführungstechnologie von IPG ist darauf ausgelegt, die Laserleistung zu maximieren. Anpassbare Funktionen wie die Optik sorgen für maßgeschneiderte Leistung, während die IPG-Software die Integration und Bedienung vereinfacht.

Erfahren Sie mehr über die Strahlführung von IPG

Die Prüfung und Inspektion der Schweißnähte von bipolaren Plattenbaugruppen nimmt einen erheblichen Teil der Fertigungszeit von Brennstoffzellen in Anspruch. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass der Schweißstrahl die dünnen Schichten mit einer geringen Fehlerquote durchdringt, um eine hermetische Abdichtung zu gewährleisten.

Die Echtzeit-Laserschweißmessungstechnologie von IPG misst die Schweißtiefe direkt während des Schweißvorgangs und macht zeitaufwändige Inspektionsschritte nach dem Schweißen überflüssig oder vereinfacht diese.

Erfahren Sie mehr über die Echtzeit-Schweißmessung

Bipolare Platten müssen vor dem Schweißen zusammengeklemmt werden, was mehrere Herausforderungen mit sich bringt. Die Platten müssen sehr eng zusammengeklemmt werden, um eine hermetische Abdichtung der endgültigen Schweißnaht zu gewährleisten. Dies ist besonders schwierig, da bipolare Platten dünn sind und oft eine große Oberfläche haben. Es ist entscheidend, dass die Platten mit gleichmäßigem Druck über die gesamte Baugruppe fest geklemmt werden, ohne dass sie sich verziehen oder beschädigt werden.

IPG bietet im Rahmen des Anwendungsentwicklungsprozesses für schlüsselfertige und kundenspezifische Systeme Werkzeugdienstleistungen an, um speziell für jedes Bipolarplatten-Design entwickelte Klemmvorrichtungen bereitzustellen.

IPG bietet eine Vielzahl vollständig integrierter Lasersysteme, die speziell für E-Mobilitätsanwendungen konfiguriert sind. Diese Systeme sind als schlüsselfertige Produkte und kundenspezifische Lösungen einschließlich Anwendungs- und Prozessentwicklung erhältlich. Lasersysteme für E-Mobilitätsanwendungen umfassen einen optimierten IPG-Laser, eine Lasersicherheitsumhausung der Klasse 1, Strahlführung und Optik, integrierte IPG-Software, hochpräzise Bewegungssteuerung und optionale Prozessüberwachungstechnologie.

Erfahren Sie mehr über die E-Mobilitätssysteme von IPG

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IPG arbeitet mit Brennstoffzellenherstellern während des gesamten Produktionsprozesses zusammen, von der Forschung und Entwicklung bis hin zur Serienfertigung.

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