Schweißen von Brennstoffzellen
Bipolarplatten
Das Herzstück der Brennstoffzelle
Bei der Brennstoffzellentechnologie spielt die Bipolarplatte eine Schlüsselrolle und kann mit Recht als das Herzstück der Brennstoffzelle bezeichnet werden. Diese scheinbar einfache, aber entscheidende Komponente verbindet nicht nur die einzelnen Zellen, sondern orchestriert auch den harmonischen Fluss von Wasserstoff und Sauerstoff, um elektrische Energie zu erzeugen. Bei der Fertigung der Brennstoffzellen ermöglicht das Laser-Schweißen präzise Schweißnähte mit geringen Abmessungen, was besonders wichtig ist, da Brennstoffzellen oft komplexe und feine Strukturen aufweisen.
Das Laser-Schweißen von Bipolarplatten birgt besondere Herausforderungen. Eine unzureichende Überwachung des Schweißprozesses kann zu Fehlern führen, die die Struktur und Funktionalität der Brennstoffzelle beeinträchtigen können. Dazu gehören etwa unvollständige Schweißnähte, Poren oder Spalte, die die Dichtheit der Zelle gefährden oder zu Leckagen führen können. Wir haben daher in Zusammenarbeit mit dem > Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen analysiert wie und mit welchem Nutzen man den > 4D.watcher zur automatischen Überwachung während des Schweißens nutzen kann.
Herausforderungen
Balance mehrerer Einflüsse
- Schneller Prozess mit hohen Volumina: nicht erkannte Prozessabweichungen und eine hohe Pseudo-Fehler-Quote
- Materialkomplexität: Brennstoffzellen bestehen aus verschiedenen Schichten und Materialien, die jeweils spezifische Eigenschaften haben; der Laserstrahl muss optimal auf diese Vielfalt abgestimmt werden, um eine effiziente Schweißnaht zu erzeugen, ohne die empfindlichen Komponenten zu beschädigen.
- Schwankendes Material: Dicken‑, Legierungs- und Beschichtungsschwankungen erschweren die Fehlersuche
- Wärmebeeinflussung: Laser-Schweißen erzeugt Hitze, und die Brennstoffzellen enthalten oft temperaturempfindliche Teile; die präzise Kontrolle der Wärmeeinwirkung ist entscheidend, um unerwünschte Effekte wie Verformungen oder Degradation der Materialien zu vermeiden
- Größe der Brennstoffzellen: ein präziser Fokus des Laserstrahls auf kleine, komplexe Komponenten erfordert fortschrittliche optische Systeme und hochentwickelte Schweißtechniken
- Automatisierung: die Integration von Robotik und fortschrittlichen Steuerungssystemen ist notwendig, um die Effizienz und Genauigkeit des Schweißprozesses zu maximieren
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