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近期，全球性汽车和工业产品供应商舍弗勒集团推出用于质子交换膜燃料电池的新一代金属双极板，展现了其在氢能交通出行领域的技术研发实力。新一代双极板针对大批量生产进行了全新的设计优化，并通过创新涂层工艺延长燃料电池的使用寿命。与上一代双极板相比，新一代金属双极板可以使燃料电池电堆的功率密度显著提升20%左右。舍弗勒集团汽车科技事业部首席执行官马迪斯•青克表示："舍弗勒还在积极开展针对商用车应用的氢能技术开发，尤其是长距离运输的商用车应用。我们不仅开发燃料电池的单个组件，还包括完整的子系统，为燃料电池的全面产业化做好充分准备。"

目前，舍弗勒正在位于赫尔佐根奥拉赫的专用试制工厂生产新一代双极板，单批次产量可达数万套，客户为一些国际性汽车制造商，用于样车开发和小批量生产车型。这座全自动化工厂位于舍弗勒氢能卓越中心设施内，该中心配备了一系列种类多样、功能完备的测试设备。该工厂还可生产用于电解槽的大尺寸双极板。也就是说，舍弗勒在氢能领域既通过氢的使用助力实现可持续交通，又通过制氢来确保绿氢的可持续供应。凭借卓越的系统知识，舍弗勒还与客户合作开发用于燃料电池系统的定制化双极板及相关组件。舍弗勒计划于2024年初通过旗下合资公司Innoplate开始批量生产金属双极板。

创新设计提升功率密度

双极板外观上看并无特别之处，尺寸上大约只有A4纸大小，重量仅60克。但是在燃料电池中，双极板是核心部件，发挥着重要作用，包括为工艺气体和冷却剂的分离与配给，以及为去除化学反应产生的水提供传输通道等。"舍弗勒通过设计上的创新，实现了板材表面的最佳利用，"舍弗勒集团电驱动事业部负责人约亨•施罗德博士解释道，"双极板上的结构越精细、越精确，系统效率就越高。"通过舍弗勒新一代双极板，每升燃料电池电堆的功率密度可达到4.6千瓦（包括端板和压缩硬件）。

在车辆应用中，数百块这样的双极板被叠放在一起，板与板之间用膜电极组件（MEA）分隔，形成堆栈。双极板占电池堆重量的80%，体积上占65%。每个电堆由多达400个燃料电池片组成，总功率输出可达140千瓦，足以满足轻型商用车的需求。而40吨的重型商用车一般则需要两个电堆。

产业化规模生产

舍弗勒新一代双极板在设计时即以大规模产业化为目标，这种方法被称为面向制造的设计（DFM）。其目的是促使氢能出行工具的成本效益和制造规模达到一定水平，从而实现市场应用突破。在生产方面，舍弗勒凭借其在金属冲压和成型领域多年来积累的丰富经验和技术专长，能够在厚度仅为50至100微米的金属板材表面冲压出超精细的结构。

涂层工艺是舍弗勒金属双极板另一独特优势。涂层的作用是为了让燃料电池在使用寿命内保持高电导率。舍弗勒的解决方案是"Enertect"——专为双极板开发的高性能涂层技术。涂层可根据客户要求进行定制，可满足从延长板材的使用寿命，减少碳足迹或优化性价比等不同需求。约亨•施罗德博士表示："凭借舍弗勒的表面技术能力，我们能够根据具体应用需求为不同客户提供定制化的涂层解决方案。这意味着我们能够在成本、性能和制造中产生的二氧化碳排放之间取得平衡，进而满足客户的具体需求。"涂层采用经过精细调整的物理气相沉积（PVD）工艺进行涂敷应用。多年来，舍弗勒已经在数百万个高压配气机构元件的生产中成功使用这种工艺。此外，从质量和安全角度考虑，舍弗勒还通过注塑或丝网垫片等技术，以及自主研发的激光焊接工艺，来保证燃料电池的气密性和防水性。