Az üzemanyagcellás rendszerek központi részét a bipoláris lemezek képezik.
A PEM üzemanyagcellákhoz készült fém bipoláris lemezek új generációjával a Schaeffler a hidrogénhajtású járművek jövőjével kapcsolatos fejlesztési kompetenciáját igazolja. A lemezek sorozatgyártásra optimalizáltak, és a különösen hosszú élettartam érdekében innovatív bevonatolási eljárással készülnek. Az ezekkel szerelt üzemanyagcella kötegek teljesítménysűrűsége így mintegy 20 százalékkal nagyobb, mint az előző generációs lemezekkel szerelt kötegeké. “A Schaeffler a haszongépjárművek meghajtásában is a hidrogén alkalmazását tartja célszerűnek, különösen a hosszú távú közlekedésben. Az üzemanyagcellákhoz fejlesztünk komponenseket és alrendszereket egyaránt, és előkészítjük azok sorozatgyártását is”- mondja Matthias Zink, a Schaeffler AG Autóipari Technológiák üzletágának vezérigazgatója. Herzogenaurachban a vállalat számos prototípushoz és akár több tízezer darabos kisszériákhoz gyártja az új lemezeket a nemzetközi járműgyártók számára. A telephelyen tesztüzeme a vállalat hidrogén-kompetencia központjának része, ahol számos tesztpadot és tesztberendezést is alkalmaznak. A teljesen automatizált gyártóüzemet úgy tervezték, hogy az elektrolízishez szükséges nagyobb méretű lemezeket gyártására is alkalmas legyen. A Schaeffler így egyszerre biztosítja a fenntartható mobilitást és a zöld hidrogén fenntartható előállítását.
A Schaeffler rendszerismeretének köszönhetően az ügyfelekkel közösen is fejleszt bipoláris lemezeket és alkatrészeket üzemanyagcellás rendszerekhez. 2024 elejétől Innoplate (a Schaeffler és a Symbio közös vállalata) Haguenauban fogja gyártani a bipoláris lemezeket. A bipoláris lemezek első pillantásra eléggé jelentéktelen alkatrésznek tűnnek, mivel körülbelül akkorák, mint egy A4-es boríték, és mintegy 60 grammot nyomnak. Azonban fontos funkciókat látnak el: elválasztják és elosztják a technológiai gázokat, valamint a hűtőközeget, és eltávolítják a kémiai reakció során keletkező vizet. “A Schaeffler olyan innovatív kialakítást fejlesztett ki, amely optimálisan használja a lemezek rendelkezésre álló felületét. Minél finomabbak és pontosabbak a bipoláris lemezek struktúrái, annál hatékonyabb a működés”- mondja Dr. Jochen Schröder, a Schaeffler E-Mobility divíziójának vezetője. Így 4,6 kilowatt/liter teljesítménysűrűségű üzemanyagcella köteg hozható létre – beleértve a véglemezeket és a merevítéseket is tartalmazó modult. A járművek meghajtásához több száz bipoláris lemez szükséges, melyek egymásra helyezve - mindig váltakozva az úgynevezett membránelektród-egységgel (MEA) - alkotják az üzemanyagcella köteget. A lemezek a köteg tömegének 80 százalékát, valamint a köteg térfogatának 65 százalékát teszik ki. Ha 400 ilyen cellát raknak egymásra, akkor az eredmény egy akár 140 kilowatt elektromos összteljesítményű cellaköteg, amely már elegendő a könnyű haszongépjárművek meghajtásához.
Az akár 40 tonnás nehéz haszongépjárműveket meghajtásához általában két üzemanyagcella köteget használnak. A Schaeffler a bipoláris lemezek új generációját már kezdetben sorozatgyártásra tervezte (ezt a megközelítést gyártástervezésnek, DFM nevezik). A cél: olyan költséghatékony sorozatgyártás, amely a hidrogén alapú mobilitás áttörését is elősegíti. Ehhez a vállalat a fém sajtolás és formázás technológia terén szerzett sokéves szakértelmét használja, különösen nagy pontosságú 50-100 mikrométeres vékony lemezeket hoz létre, felületükön rendkívül finom dombornyomott struktúrákkal. A Schaeffler fém bipoláris lemezeinek másik egyedülálló jellemzője a bevonat. A bevonat feladata a magas elektromos vezetőképesség fenntartása az üzemanyagcella teljes élettartama alatt. Az úgynevezett Enertect-termékcsaláddal a Schaeffler több olyan nagy teljesítményű bevonatrendszert fejlesztett ki kifejezetten a bipoláris lemezekhez, amelyek – a vevői igényektől függően - különösen magas élettartammal, a lehető legalacsonyabb CO2-lábnyommal, optimális ár/teljesítmény aránnyal rendelkeznek.
“A felület-technológiában szerzett szakértelmünknek köszönhetően minden ügyfelünknek olyan alkalmazás-specifikus bevonatot tudunk ajánlani, amely az igényeknek megfelelően egyensúlyba hozza a költségeket, a teljesítményt és a CO2-kibocsátást”- mondja Jochen Schröder. A bevonatok felvitele fizikai gőzfázisú leválasztás (PVD) eljárással történik, amely a nagy igénybevételnek kitett szelephajtás-alkatrészek gyártásából átvett, továbbfejlesztett, már jól bevált Schaeffler-eljárás. A szivárgásmentesség egy másik kulcsfontosságú minőségi és biztonsági kritérium az üzemanyagcellák esetében. A cellák gáz- és vízzáróvá tételéhez a Schaeffler egy saját fejlesztésű lézerhegesztési eljárást alkalmaz fröccsöntött vagy szitanyomásos tömítésekkel.
