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近期，全球性汽車和工業產品供應商舍弗勒集團推出用于質子交換膜燃料電池的新一代金屬雙極板，展現了其在氫能交通出行領域的技術研發實力。新一代雙極板針對大批量生產進行了全新的設計優化，并通過創新涂層工藝延長燃料電池的使用壽命。與上一代雙極板相比，新一代金屬雙極板可以使燃料電池電堆的功率密度顯著提升20%左右。舍弗勒集團汽車科技事業部首席執行官馬迪斯?青克表示："舍弗勒還在積極開展針對商用車應用的氫能技術開發，尤其是長距離運輸的商用車應用。我們不僅開發燃料電池的單個組件，還包括完整的子系統，為燃料電池的全面產業化做好充分準備。"

目前，舍弗勒正在位于赫爾佐根奧拉赫的專用試制工廠生產新一代雙極板，單批次產量可達數萬套，客戶為一些國際性汽車制造商，用于樣車開發和小批量生產車型。這座全自動化工廠位于舍弗勒氫能卓越中心設施內，該中心配備了一系列種類多樣、功能完備的測試設備。該工廠還可生產用于電解槽的大尺寸雙極板。也就是說，舍弗勒在氫能領域既通過氫的使用助力實現可持續交通，又通過制氫來確保綠氫的可持續供應。憑借卓越的系統知識，舍弗勒還與客戶合作開發用于燃料電池系統的定制化雙極板及相關組件。舍弗勒計劃于2024年初通過旗下合資公司Innoplate開始批量生產金屬雙極板。

創新設計提升功率密度

雙極板外觀上看并無特別之處，尺寸上大約只有A4紙大小，重量僅60克。但是在燃料電池中，雙極板是核心部件，發揮著重要作用，包括為工藝氣體和冷卻劑的分離與配給，以及為去除化學反應產生的水提供傳輸通道等。"舍弗勒通過設計上的創新，實現了板材表面的最佳利用，"舍弗勒集團電驅動事業部負責人約亨?施羅德博士解釋道，"雙極板上的結構越精細、越精確，系統效率就越高。"通過舍弗勒新一代雙極板，每升燃料電池電堆的功率密度可達到4.6千瓦（包括端板和壓縮硬件）。

在車輛應用中，數百塊這樣的雙極板被疊放在一起，板與板之間用膜電極組件（MEA）分隔，形成堆棧。雙極板占電池堆重量的80%，體積上占65%。每個電堆由多達400個燃料電池片組成，總功率輸出可達140千瓦，足以滿足輕型商用車的需求。而40噸的重型商用車一般則需要兩個電堆。

產業化規模生產

舍弗勒新一代雙極板在設計時即以大規模產業化為目標，這種方法被稱為面向制造的設計（DFM）。其目的是促使氫能出行工具的成本效益和制造規模達到一定水平，從而實現市場應用突破。在生產方面，舍弗勒憑借其在金屬沖壓和成型領域多年來積累的豐富經驗和技術專長，能夠在厚度僅為50至100微米的金屬板材表面沖壓出超精細的結構。

涂層工藝是舍弗勒金屬雙極板另一獨特優勢。涂層的作用是為了讓燃料電池在使用壽命內保持高電導率。舍弗勒的解決方案是"Enertect"——專為雙極板開發的高性能涂層技術。涂層可根據客戶要求進行定制，可滿足從延長板材的使用壽命，減少碳足跡或優化性價比等不同需求。約亨?施羅德博士表示："憑借舍弗勒的表面技術能力，我們能夠根據具體應用需求為不同客戶提供定制化的涂層解決方案。這意味著我們能夠在成本、性能和制造中產生的二氧化碳排放之間取得平衡，進而滿足客戶的具體需求。"涂層采用經過精細調整的物理氣相沉積（PVD）工藝進行涂敷應用。多年來，舍弗勒已經在數百萬個高壓配氣機構元件的生產中成功使用這種工藝。此外，從質量和安全角度考慮，舍弗勒還通過注塑或絲網墊片等技術，以及自主研發的激光焊接工藝，來保證燃料電池的氣密性和防水性。