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近日,电解水制氢超大尺寸乳凸极板制造技术取得重要突破。大连理工大学采用全新的柔性增量成形技术,成功制造出直径达2.4m的超大尺寸乳突极板,所用模具尺寸、压机吨位仅为传统整体冲压技术的二十分之一,产品研发成本和制造成本大幅降低。 

大型碱性电解水乳凸板加工技术~柔性增量成型技术应用

电解槽及乳突极板
电解水制氢装备的核心是电解槽,而电解槽由多达数百片的乳凸极板、隔膜等部件组装而成。乳凸极板的制造成本约为整个电解槽制造成本的50%甚至更高。在早期技术开发阶段,因电解槽尺寸小,可采用机械加工方法制造乳凸极板,但是效率低、成本高。在生产阶段,几乎所有的乳凸极板都采用整体冲压技术制造。以目前主流的1000标立电解槽为例,其使用的乳凸极板直径约1.8~2m,乳凸数量约3000个,整体冲压模具制造成本高达数百万元,且必须采用大台面、合模力高达1.5万吨的专用压机,一次性投入很大。正因如此,目前国内可批量制造1.8m~2m乳凸极板的企业较少,且多数采用公版的模式没有太多个性化设计。另新产品的开发成本高、周期长,无法满足国内电解水制氢装备快速增长的需求。
大连理工大学何祝斌教授团队提出全新的柔性增量成形技术,采用长度与极板直径相当、宽度仅为300~400mm的专用模具,通过动态调整小尺寸冲头阵列、压力机合模力,实现极板上乳凸阵列的分步冲压成形。该方法的核心思想是将整体冲压成形的“面域一次成形”变为“单向多步成形”,模具尺寸及合模压力从“与极板直径平方”相关变为 “与极板直径”相关。该技术的主要优点包括:
(1)模具成本低。增量冲压模具长度尺寸与整体冲压模具相当,但宽度只有整体模具的1/5甚至更小,模具成本大幅降低;
(2)设备要求低。增量冲压成形所需载荷仅为整体冲压时的1/20,在成形直径1.8m极板时仅需500吨合模力,无需投入昂贵的万吨级压力机;
(3)开发周期短。增量冲压采用细长模具及组合式单点冲头,模具设计加工周期短、冲头调整灵活,可将新产品开发周期从6个月缩短为1个月。

由于同时具有模具成本低、设备要求低、开发周期短等突出优点,柔性增量成形技术特别适用于新产品的开发及小批量生产。极板尺寸越大,柔性增量成形技术的优势越明显。

大型碱性电解水乳凸板加工技术~柔性增量成型技术应用

乳凸极板柔性增量成形

大型碱性电解水乳凸板加工技术~柔性增量成型技术应用
不同直径的乳凸极板

需要指出,电解槽中乳凸极板的尺寸并非越大越好,需要综合考虑与之匹配使用的隔膜尺寸、极框制造水平、表面电镀设备能力等。随着隔膜尺寸从幅宽2.4m到更大尺寸的发展,大连理工大学何祝斌教授团队依托辽宁黄海实验室,正在联合国内相关企业开发更大尺寸的乳凸极板,重点进行乳凸特征、阵列结构的优化以及超大尺寸椭圆形极板的试制。同时,基于柔性增量成形技术的超大尺寸乳凸极板专用批量生产设备正在研制中。

如有沟通需求可以联系我,或者直接发邮箱联系何祝斌教授:hezb@dlut.edu.cn

原文始发于微信公众号(氢眼所见):大型碱性电解水乳凸板加工技术~柔性增量成型技术应用

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根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2020)》预测,2030年中国氢气需求量达3715万吨,2050年达9690万吨。有分析认为,电解水制氢将逐步作为中国氢能供应的主体,在氢能供给结构的占比将在2040、2050年分别达到45%、70%。 因此,在“双碳”背景下,电解水制氢项目成为了市场关注的热点话题。为促进行业信息流通,艾邦建有制氢产业交流群,聚焦氢气生产、碱水/PEM电解槽(隔膜、极板、催化剂、极框、密封垫片等)、PPS、质子交换膜、钛金属、镍网等产业链上下游,设备,材料,配件等配套资源,欢迎大家加入

作者 808, ab