Немецкий поставщик автомобилей Schaeffler представил новое поколение биполярных пластин для топливных элементов PEM.
Конструкция пластин оптимизирована для крупносерийного производства, и в них используется новый процесс нанесения покрытия, обеспечивающий особенно длительный срок службы.
Исходя из данных Schaeffler, блоки, оснащенные этими пластинами, также обеспечивают удельную мощность примерно на 20% выше, чем блоки с пластинами предыдущего поколения. В настоящее время Schaeffler производит пластины для прототипов и небольших серий для производителей автомобилей на опытном заводе в Херцогенаурахе. С начала 2024 года биполярные пластины будут производиться на совместном предприятии Innoplate, основанном совместно с Symbio в Агно, Франция, в значительно больших количествах.
Биполярные пластины выполняют важную функцию в топливных элементах: они разделяют и распределяют технологические газы и охлаждающую жидкость и удаляют воду, образующуюся в результате химической реакции. Оптимизация заключается главным образом в том, чтобы сделать пластины меньше и легче, одновременно улучшая свойства для решения реальной задачи. В блоке топливных элементов для транспортных средств несколько сотен биполярных пластин и мембранно-электродных блоков (МЭА) поочередно накладываются друг на друга. В этом композите пластины составляют до 80% веса блока и до 65 % объема блока. По данным Шеффлера, на блок мощностью 140 кВт укладывается до 400 таких композитных элементов.
“Schaeffler разработала инновационный дизайн, который позволяет оптимально использовать площадь поверхности пластины”, — говорит Йохен Шредер, глава подразделения электронной мобильности Schaeffler. “Чем тоньше и точнее структуры на биполярной пластине, тем эффективнее пластина”.
Согласно пресс-релизу, таким образом поставщик достигает плотности мощности в 4,6 киловатт на литр для блока топливных элементов, исходя из объема блока, включая концевые пластины и крепления.
Однако, “чем тоньше и точнее структуры на биполярных пластинах”, тем сложнее обычно становится производство. Здесь Schaeffler “разработал с нуля для индустриализации в больших масштабах – подход, известный как design for manufacturing (DFM)”. В сочетании с опытом компании в области штамповки металла и формования, тонкие структуры могут быть нанесены на пластины толщиной от 50 до 100 микрометров даже в крупномасштабных производственных процессах.
В дополнение к производительности и плотности энергии, Schaeffler рассматривает систему покрытия как “еще одну уникальную особенность”. Поставщик разработал несколько высокоэффективных систем покрытия для биполярных пластин, которые – в зависимости от пожеланий заказчика – отвечают особенно высоким требованиям к сроку службы, минимально возможному выделению CO2 или оптимальному соотношению цены и качества. Системы нанесения покрытий наносятся с использованием процесса физического осаждения из паровой фазы (PVD), который был заимствован при производстве компонентов клапанного механизма с высокой нагрузкой, проверен миллионы раз и усовершенствован еще больше.
“Благодаря нашим возможностям в области поверхностных технологий мы можем предложить каждому заказчику решение для нанесения покрытия в зависимости от конкретного применения. Это означает, что мы можем удовлетворить требования каждого заказчика с точки зрения баланса затрат, производительности и выбросов CO2, связанных с производством”, — говорит Шредер.