バイポーラプレートのイメージ

燃料電池

研究開発から生産まで、燃料電池のパートナー

リチウムイオン電池に代わる水素燃料電池は、自動車、バス、フォークリフト、携帯機器、その他のエネルギー貯蔵アプリケーションなど、さまざまなシステムの電源として使用されています。その目的にかかわらず、燃料電池はバイポーラ・プレートと、その間に溶接された膜電極接合体(MEA)を重要な構成要素としている。

バイポーラプレートとMEAの製造は複雑で要求が高く、通常、燃料電池スタック1台を製造するのに数百枚が必要である。切断とトリミング、電極スラリーの乾燥、表面処理、バイポーラ・プレート・アセンブリの溶接の間で、レーザー加工は、製造工程で高い精度を達成し、スループットを最大化するために選択される方法として浮上してきた。

e-モビリティアプリケーション用レーザーソリューションの世界的なリーディングプロバイダとして、当社は実際の燃料電池製造の経験を備えています。もちろん、アプリケーションはそれぞれ異なります。お客様のアプリケーションについてお聞かせいただき、IPGレーザーソリューションが燃料電池製造をどのように最適化できるかをご確認ください。

アプリケーション評価

燃料電池レーザーの応用

バイポーラプレート・アセンブリの溶接

バイポーラ・プレート製造工程の重要なステップであるバイポーラ・プレートの溶接には、品質とスピードという2つの大きな課題がある。レーザービームは、密閉シールを作成するために、通常は完全な貫通を避け、非常に正確な深さを達成する必要があります。長い溶接経路が大量に発生するため、高品質の継ぎ目を非常に迅速に作る必要があります。

バイポーラプレートの切断

バイポーラ・プレートの切断には、パンチング、ケミカル・エッチング、レーザー切断など、さまざまな方法があります。レーザー切断は、切断速度が速く、エッジの品質が高いため、エンボス加工後のバイポーラプレートのトリミングによく使用されます。バリのないエッジを実現することは、最終的な燃料電池で最適な性能を確保するために非常に重要です。

電極層の乾燥

燃料電池製造プロセスにおける共通のボトルネックであり課題である、MEAを構成する電極層の乾燥は、従来は対流式オーブンで行われていました。レーザー乾燥は、乾燥速度の大幅な向上、エネルギー効率の向上、装置の設置面積の縮小など、非常に優れたプロセスの改善をもたらします。

膜電極アセンブリの切断

MEA層は、最終的なバイポーラプレート・アセンブリに適合するサイズに切断する必要があります。レーザー切断は柔軟で非接触のプロセスであり、優れた速度とエッジ品質を提供します。レーザー切断は、バリやその他の刃先の欠陥を最小限に抑え、最終的な燃料電池での良好な性能を保証します。

バイポーラ・プレートのテクスチャリングとクリーニング

バイポーラプレートは、厳しい品質基準を満たすために、しばしばテクスチャリングとクリーニングを行う必要があります。レーザーテクスチャリングは保護コーティングの密着性を向上させ、レーザークリーニングは汚染物質を除去する。レーザー表面加工は、高速で非接触のプロセスであり、マスキングを必要とせず、必要な領域を選択的にターゲットにすることができます。

バイポーラプレートのマーキング

レーザーマーキングは、燃料電池製造工程におけるトレーサビリティの維持を容易にします。メンテナンスが少なく、迅速でコスト効率の高いマーキング方法であるレーザーマーキングは、燃料電池やバイポーラプレートの製造によく見られる高スループットの生産環境に最適です。

燃料電池製造のためのソリューション

IPGファイバーレーザーは、信頼性、効率、精度の代名詞です。アプリケーションに関係なく、ビーム品質、スポット形状とサイズ、出力などのIPGレーザーのパラメーターは、品質とスループットを最大化するように調整することができます。

IPGレーザーの詳細

特定の用途に特化したプロセスヘッドから、溶接やクリーニングに最適化されたスキャナーまで、IPGのビーム伝送技術はレーザー性能を最大限に引き出すように設計されています。光学系のようなカスタマイズ可能な機能は、IPGソフトウェアが統合と操作を簡単にする一方で、カスタマイズされた性能を提供します。

IPGビーム伝送の詳細

バイポーラ・プレート・アセンブリの溶接試験と検査は、燃料電池の製造時間のかなりの割合を占める。気密封止を確実にするためには、溶接ビームがわずかな誤差で薄い層を貫通することが重要です。

IPGのリアルタイムレーザー溶接測定技術は、溶接が行われる際に溶接深さを直接測定するため、時間のかかる溶接後の検査工程が不要になるか、簡素化されます。

リアルタイム溶接測定の詳細

バイポーラ・プレートは溶接前にクランプで固定する必要があるが、これにはいくつかの課題がある。最終的な溶接で気密封止を確実にするためには、プレート同士を非常に密着させておく必要がある。バイポーラ・プレートは薄 く、表面積が大きいことが多いため、この作業は 特に難しい。プレートが歪んだり損傷したりすることなく、アセンブリ全体に均等な圧力でプレートをしっかりとクランプすることが非常に重要です。

IPGは、ターンキーシステムとカスタムシステムの両方で、アプリケーション開発プロセスの一環としてツーリングサービスを提供し、あらゆるバイポーラプレート設計に特化したクランピングを提供します。

IPGは、e-モビリティ・アプリケーション用に特別に構成された様々な完全統合型レーザーシステムを提供しています。これらのシステムはターンキー製品として、またアプリケーションとプロセス開発を含むカスタマイズされたソリューションとして利用可能です。e-モビリティアプリケーション用レーザーシステムには、最適化されたIPGレーザー、クラス1レーザー安全エンクロージャ、ビーム伝送および光学系、統合IPGソフトウェア、高精度モーション、およびオプションのプロセス監視技術が含まれます。

IPG e-モビリティシステムについて詳しくはこちら

IPGアプリケーションラボ燃料電池ソリューション

IPGは、研究開発から本格的な製造に至るまで、生産プロセス全体を通じて燃料電池メーカーと提携している。

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