IPG光纤激光在燃料电池生产中的应用
2007/3/21/15:27
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燃料电池在汽车上的应用是否会比人们预计的时间更早到来？看来情况果真如此。根据美国本田汽车公司资深副总裁John Mendel介绍，本田即将于2008年批量生产燃料电池汽车。 而GM 则表示坚持原定计划于2010年推出批量生产、经济实用的汽车用燃料电池，并同时将燃料电池汽车推向市场。
燃料电池规模生产面临的挑战之一是生产燃料电池堆，其中包含多组超薄极板及渗透膜，正如名称所示，它们是层叠堆砌而成，才能产生足够数量的电子来驱动电动机并在阴极氧和氢结合形成排放“废气”：水蒸气。根据激光及燃料电池研究领域的先驱Edison焊接研究所(EWI; www.ewi.org; Columbus, OH)资深科学家Stan Ream 先生介绍，一种方式是使用激光焊接来大批量生产这些板堆。最近在EWI进行的研究表明：使用600瓦单模 IPG 光子(www.ipgphotonics.com; Oxford, MA)生产的光纤激光可以用500到1000毫米/秒的速度进行焊接。Ream同时介绍说当前激光已经被广泛地应用在车用燃料电池的极板焊接。只是其它种类的传统激光的焊接速度远远低于光纤激光。当前的燃料电池的发展方向，除了要降低生产成本外，还要提高产量。光纤激光不但可以达到以上要求，同时还得到了无与伦比的焊接质量。在一个堆中有数百个电极板，这些元件中只要有一个发生泄漏，就会导致整体的电源报损。激光器的各项参数在长时间工作状态下的稳定性至关重要！
质子交换膜燃料电池
激光薄板焊接最困难之处在于不但需要很窄的焊缝（使用IPG光纤激25微米光斑直径可以做到35微米的精细焊缝），而且还同时要做到很小的焊接变形（或应尽量减少剩余应力），因为当数百张薄板层叠起来后，稍有变形就会造成整个电池堆扭曲变形。我们制造燃料电池所使用的薄板的厚度只有100微米，它们的边缘要通过焊接来进行密封。
Ream指出，进行激光焊接的过程中所遇到的难题之一是卡具的设计。其实卡具是绝大多数激光焊接工艺成功与否的关键所在。表面张力、等离子力、凝结速率、导热率等诸多因素在他们进行的高速焊接试验中不但没有很大的负面影响，反而会出人意料地对缝隙进行了“主动”补偿。这样焊接件的装卡就变得更加容易了！
IPG光纤激光的快速调制性能、优秀的光束质量以及稳定的激光工作特性是本田公司的燃料电池批量生产的工艺关键所在！
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