Boîte à outils technologique pour la production de plaques bipolaires de piles à combustible

Outils d'aide à la décision pour l'industrie: boîte à outils technologique pour la production de plaques bipolaires de piles à combustible

Visualisation de la boîte à outils technologique: plus la colonne est élevée, meilleur est le score du processus de formation sur un paramètre particulier. Crédits: Fraunhofer IWU

Les piles à combustible ont un potentiel énorme, mais il n’existe pas encore de structures et de normes claires concernant leur fabrication. Le grand nombre d’options en matière de technologies de production fait qu’il est difficile pour les utilisateurs ou les utilisateurs potentiels de garder une vue d’ensemble dans leur esprit et de sélectionner le bon processus de production en fonction de leurs besoins. Pour aider à surmonter ce problème, les chercheurs du Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU et du Fraunhofer Institute for Production Technology IPT développent une boîte à outils technologique virtuelle. Cette boîte à outils aidera les utilisateurs à prendre les meilleures décisions de production lors de la fabrication de piles à combustible en leur permettant de sélectionner la technologie de formage des plaques bipolaires la plus appropriée à l’application spécifique.

L’intérêt et le besoin de piles à combustible ne cessent de croître. Ils représentent une alternative très prometteuse et plus respectueuse de l’environnement aux sources d’énergie fossile, une question particulièrement pertinente dans le secteur de la mobilité. Cependant, avant de pouvoir être produites en masse, les piles à combustible doivent être rendues plus faciles et plus rentables à fabriquer. En particulier, il existe un grand potentiel de réduction des coûts de production des plaques bipolaires. Celles-ci sont un élément central des piles à combustible et contrôlent l’apport d’hydrogène et d’air ainsi que l’extraction de vapeur et d’énergie. La conception du champ d’écoulement, qui reflète les structures de canaux de la plaque bipolaire, est ici particulièrement importante. Les gaz impliqués dans le processus s’écoulent à travers ces canaux. Plus la surface est grande et plus les plaques sont plates, plus les plaques bipolaires peuvent interagir avec les autres composants et plus la pile à combustible sera efficace.

La forme des plaques bipolaires et leur champ d’écoulement sont créés pendant le processus de formage. Les experts du Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU à Chemnitz et du Fraunhofer Institute for Production Technology IPT à Aix-la-Chapelle connaissent particulièrement bien cette étape du processus de production. C’est pourquoi ils ont décidé de distiller leur expertise dans une boîte à outils technologique virtuelle partagée.

Outils d’aide à la décision pour la technologie et les matériaux

«Les entreprises qui nous contactent cherchent généralement à investir dans la production de piles à combustible. Elles ont des idées de base sur ce qu’impliquera le processus de formage, mais ne savent pas quelles seront les conséquences économiques de l’utilisation de ce processus. Par exemple, les taux de production et les coûts de fabrication sont particulièrement difficiles à évaluer », explique le Dr Ulrike Beyer, responsable de la TaskForce Hydrogen @ IWU. « Grâce à notre boîte à outils technologique, nous pouvons appliquer des analyses fondées sur des preuves pour observer la situation initiale, en prenant en compte tous les résultats possibles, et considérer systématiquement les différentes dépendances. Cela nous permet de développer une solution technologique sur mesure pour tous les besoins. »

Outils d'aide à la décision pour l'industrie: boîte à outils technologique pour la production de plaques bipolaires de piles à combustible

Udo Eckert, chef du groupe Fabrication et technique de microsystèmes du département Surfaces fonctionnelles et microproduction de Fraunhofer IWU, teste la finition d’un outil fraisé à utiliser dans la production de plaques bipolaires pour piles à combustible au centre de micro-usinage de Fraunhofer IWU. Crédits: Fraunhofer IWU

En plus du capital machine, des coûts de la matrice et de la quantité de production, les paramètres que les chercheurs prennent en compte dans la décision incluent les résultats de formage qui peuvent être obtenus, tels que la taille, la planéité et la conception du champ d’écoulement. Hydroformage, gaufrage, gaufrage, laminage, moulage par compression – l’objectif individuel change lequel des procédés de formage disponibles est le plus prometteur, comme le dit Beyer: «Par exemple, alors que le gaufrage et l’hydroformage sont capables de produire des plaques bipolaires de haute qualité, jusqu’à présent seul le laminage par gaufrage a pu obtenir une augmentation significative de la cadence de production. Cependant, le laminage par gaufrage a ses propres inconvénients dans d’autres domaines. « 

La matière première utilisée influe également sur le choix du processus de mise en forme, comme l’a constaté le Dr Christoph Baum, directeur général de Fraunhofer IPT: «À l’origine, nous travaillions principalement avec des matériaux composites. Ceux-ci garantissent une longue durée de vie des piles à combustible, mais ils n’ont qu’une aptitude limitée à la production de masse car ils nécessitent plus d’efforts et sont plus coûteux à produire. De plus, avec les matériaux composites, l’épaisseur du matériau reste assez élevée, même après traitement. Cela signifie que tout empilement de piles à combustible devient rapidement très volumineux, ce qui les rend impraticables pour une utilisation dans les véhicules. Cela nous a conduit de plus en plus à utiliser des matériaux comme l’acier, obtenant généralement des résultats meilleurs et plus rentables.  » De plus, l’ordre des étapes de production peut être modifié en fonction de la technologie choisie. Cela signifie, par exemple, que les plaques bipolaires doivent être revêtues avant ou après le formage en fonction de l’application envisagée. La boîte à outils technologique peut également fournir des conseils ici.

Objectif: boîte à outils technologique pour l’ensemble du processus de production des piles à combustible

L’Institut Fraunhofer pour l’ingénierie de fabrication et l’automatisation IPA développe actuellement un site Web pour la boîte à outils technologique, qui sera disponible sous peu. Cependant, une consultation personnalisée sur la mise en œuvre du processus de formage idéal est déjà disponible.

À moyen terme, il est prévu d’étendre la boîte à outils technologique pour inclure des étapes de production supplémentaires et des composants de piles à combustible en coopération avec d’autres instituts Fraunhofer. «Notre objectif est de créer une grande plate-forme numérique globale qui permet de visualiser et de combiner les étapes de production individuelles afin de trouver la combinaison optimale pour produire une pile à combustible complète pour une situation spécifique», déclare Beyer. Cela sera rendu possible grâce au plan d’action national pour la production de piles à combustible de la Fraunhofer-Gesellschaft, actuellement en cours de conception.


Des taux de production élevés pour les piles à combustible


Fourni par Fraunhofer-Gesellschaft

Citation: Boîte à outils technologique pour la production de plaques bipolaires de piles à combustible (2021, 1er juin) récupérée le 1er juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-technology-toolkit-bipolar-plate-production.html

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