Laserschweißen von Bipolarplatten 

Bipolarplatten für (PEM-)Brennstoffzellen 

In der E-Mobilität, aber auch für den stationären Betrieb, können Brennstoffzellen in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur globalen CO2-Reduktion beitragen und sind in vielen Fällen eine sinnvolle Alternative und Ergänzung zur Batterietechnologie. Der Laser ist ein wichtiges Werkzeug in der Herstellung von Brennstoffzellen und BBW Lasertechnik damit der richtige Partner in der Entwicklung und Produktion von Komponenten und Baugruppen für Brennstoffzellen.

Eine wichtige Komponente von Brennstoffzellen sind Bipolarplatten. BBW Lasertechnik kann Sie bei der Herstellung von Bipolarplatten im industriellen Maßstab unterstützen. Zwei wichtige Applikationen der Lasermaterialbearbeitung bei Bipolarplatten sind das Laserschneiden sowie das Laserschweißen. Zusätzlich bietet BBW Lasertechnik ergänzende Bearbeitungs- und Prüfschritte, z. B. die Dichtheitsprüfung, und ist somit in der Lage Baugruppen aus einer Hand anzubieten.
 

Das Laserschweißen erfüllt die Anforderungen für das Fügen von Bipolarplatten. Beim Laserschweißen von Bipolarplatten werden dünne metallische Platten mit einer Stärke von etwa 100 µm oder weniger miteinander verschweißt. Diese bestehen meist aus Edelstahl oder Titan. Dabei müssen die Schweißnähte bzw. der -prozess hohe Anforderungen erfüllen: die Schweißnähte müssen gasdicht hergestellt werden. Ferner werden auf den einzelnen Bipolarplatten sehr große Schweißnahtlängen erreicht, um die Kanäle für die Verteilung und Leitung der Reaktionsgase zu bilden. Da die Bipolarplatten auch noch gestapelt werden, werden zudem eine große Menge an Bipolarplatten benötigt. In Summe folgen enorme Schweißnahtlängen für die Herstellung einer Brennstoffzelle. Für das Laserschweißen sind folglich höchste Bearbeitungsgeschwindigkeiten erforderlich. Ebenso muss die Fehleranfälligkeit des Schweißprozesses auf ein Minimum reduziert werden, um die Ausschussquoten gering zu halten.

Zentrale Anforderungen an das Laserschweißen von Bipolarplatten sind zusammengefasst:

• Dichtheit
• Prozesszeit  
• Prozesssicherheit
   

Bei BBW Lasertechnik setzen wir 2D-on-the-fly-Systeme ein. Bei diesen ist die Bewegung des Achssystems und des Laserscanners miteinander synchronisiert, wodurch die Schweißnähte der Bipolarplatten ohne mehrmaliges Ein- und Auskoppeln des Laserstrahls in die Werkstoffe realisiert werden, was wiederum die Fehleranfälligkeit und damit die Ausschussquoten deutlich reduziert. BBW setzt hierbei auf Single-Mode-Faserlaser mit 2 kW als Strahlquellen.

Zur Qualitätssicherung beim Laserschweißen von Bipolarplatten ist bei BBW Lasertechnik die OCT-Technologie (optische Kohärenztomografie) im Einsatz. Damit kann die Einschweißtiefe der Schweißnaht während des Prozesses gemessen und eine Kontrolle des Höhenprofils der fertigen Schweißnaht durchgeführt werden. So ist auch sichergestellt, dass die Bipolarplatten sicher geschweißt und gleichzeitig nicht durchgeschweißt sind. Wir können bei BBW Lasertechnik je nach Bedarf auch Prüfungen zur Sicherstellung der Dichtheit durchführen.

Auch die beste Lasertechnologie funktioniert nur in Verbindung mit der richtigen Spanntechnik. Beim Laserschweißen von Bipolarplatten muss daher sichergestellt sein, dass an der Fläche der Schweißnähte zwischen den einzelnen Teilen kein Spalt vorhanden ist. Hierfür setzen wir bei BBW Lasertechnik für Versuche und Prototypen modulare Spannkonzepte ein und können für Serienprozesse produktspezifische Spannkonzepte realisieren.

Wir forschen bei BBW Lasertechnik permanent an den neuesten Methoden der Lasermaterialbearbeitung und können unseren Kunden somit den Zugriff auf innovative Fertigungstechnologien ermöglichen. So konnten wir beispielsweise kürzlich ein kooperatives und internationales Forschungsprojekt zur Entwicklung einer fortschrittlichen Technologieplattform für das Laserschweißen von Bipolarplatten erfolgreich beenden. Diese können wir nun unseren Kunden zur Verfügung stellen. 
 

Nach dem Prägen der Bipolarplatten müssen diese auf die finale Kontur beschnitten werden. Hierfür bietet sich das Laserschneiden als flexibles und berührungsfreies Verfahren an. Auf den Einsatz von Werkzeugen kann hierbei verzichtet werden, was gerade in der Entwicklung ein großer Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist.

BBW Lasertechnik ist auf das Laserfeinschneiden spezialisiert: Wir erreichen bei dünnen Blechen und Folien präzise und gratfreie Konturbeschnitte. Bipolarplatten können wir auf unseren Anlagen sicher positionieren. 
 

Unsere Leistungen bei der Herstellung von Bipolaplatten umfassen die folgenden Schritte:

• Laserschneiden
• Laserschweißen
• Dichtheitsprüfung

Wir können Sie bei Bipolarplatten für Brennstoffzellen von ersten Prototypen bis zur Serienproduktion unterstützen.