浏览我们交易市场上领先供应商的燃料电池测试设备！
什么是双极板泄漏测试以及为什么要进行此项测试？
双极板本身是燃料电池堆的主要部件，负责引导燃料电池内的化学反应和过程。双极板由两个单板（阳极和阴极）组成，它们要么由不锈钢制成并通过激光焊接在一起，要么由石墨制成并粘合在一起。双极板和膜具有三个回路：两个单板之间的冷却区域以及氧气和氢气循环。冷却回路负责平衡工艺温度。氧气和氢气回路是双极板的阳极侧和阴极侧，它们由供气端口、歧管和两个流场组成。因此，单个循环流必须彼此密封，以保证有效的工艺。这意味着氢气和氧气回路必须彼此密封并与冷却回路密封。三个回路之间的所有连接和接头都必须满足严格的密封要求，并需要检查是否有泄漏。因此，燃料电池双极板的无泄漏对于该过程非常重要，并且不能有任何气体因为双极板泄漏而绕过预期过程。
如今，燃料电池双极板的泄漏测试已作为质量保证的一部分引入生产流程。在压制、成型和焊接或粘合之后，泄漏测试是双极板生产过程中的下一个重要步骤，目的是获得高质量的结果并满足复杂燃料电池堆制造中的高质量要求。
这项必不可少的燃料电池泄漏测试可确保所有接头符合密封性要求。这对于稳定的工艺、高效率以及相应的耐用性和安全性至关重要。
燃料电池双极板泄漏测试的主要概念是什么？
根据要求，可以使用测试介质空气或示踪气体（例如氦气）进行双极板泄漏和流量测试。
通常，在以空气为测试介质的泄漏测试平台上使用两种基本方法：流量或压力变化/降测量。这两种基本的泄漏测试方法和应用都有一个共同点，即首先将测试部件充满空气，直至达到一定的测试压力，然后断开压缩空气供应。然后开始实际的泄漏测试程序。
燃料电池堆中使用哪些类型的板？
双极板有多种类型，材料和形状各不相同。由于效率增益低，且缺乏具有竞争力的金属双极板的生产方法，过去石墨双极板占主导地位。然而，与金属双极板设计相比，石墨双极板在体积和重量效率方面的技术应用方面具有决定性的劣势。因此，市场上对燃料电池用钢制金属双极板的需求量很大。由于金属材料的腐蚀特性，金属双极板上涂有各种物质，例如氮化铬。这些通常使用热化学处理工艺来应用。
a) 流量测量
流量测量过程产生与部件体积和测量时间无关的测量信号，该信号与可能存在的任何泄漏相对应。燃料电池泄漏检测可以采用质量流量法或体积流量法，以检测特定部件的泄漏。
b) 压力变化/下降测量
压力变化测量基于通过压差检测泄漏的原理。如果发生泄漏，则会导致压力变化，可以使用测试体积和测量持续时间将其转换为泄漏率。
燃料电池泄漏测试过程中使用以下方法：相对/绝对压力、差压或累积压力。
在许多情况下，对于某些组件，使用空气作为测试介质的泄漏测试效率高且经济实惠，但其可检测到的泄漏率有限（为获得可靠结果，最大泄漏率为 10E-3 mbar*l/s），而且，随着对较小泄漏率的要求增加，测试时间也会增加。此外，使用空气的测试方法很容易受到外部变化的影响，例如温度波动或体积变化。
c) 使用质谱仪进行氦气泄漏测试
另一种泄漏测试方法是使用示踪气体，例如氦气。惰性气体氦气在环境空气中仅以低浓度存在，不会与其他气体发生反应。此外，通过流板氦气检测系统进行的泄漏测试可以独立于温度和体积变化进行。这需要快速的循环时间，同时可以检测到非常低的泄漏率。
氦气测试最早于 1942 年作为所谓的曼哈顿计划的一部分使用。这标志着氦气泄漏测试的诞生。如今，氦气泄漏测试仪是批量生产和实验室中最成熟、最准确的泄漏测试方法之一。除了在真空中进行集成氦气泄漏测试（这需要质谱仪中的高真空）外，还使用大气下的氦气泄漏测试。大气下的氦气泄漏测试可以通过嗅探或使用累积法进行。真空室中的氦气泄漏测试理论上可以在很短的时间内检测到低至 10E-9 mbarl/s 的泄漏率。在大气下，极限泄漏率为 10E-4 mbarl/s。
所有氦气泄漏测试的共同点是需要使用质谱仪。质谱仪用于确定测试对象的定性和定量成分。定性意味着质谱仪能够检测到氦气，定量意味着可以检测到准确的氦气量。通过这种方式，可以非常精确地确定组件的泄漏率。
对于氦真空法，组件和测试室均被抽空至一定真空度。达到真空度后，必须进行氦背景检查以检测任何剩余的氦气并将其设置为零。然后用氦气填充组件直至达到规定的测试压力。然后使用连接到真空室的质谱仪测量室内的泄漏。通过这种方式，可以测量组件向外部（真空室内）的泄漏率。双极板半自动氦真空泄漏测试站经常用于 EoL（生产线末端）场景，节省时间和劳动力，同时最大限度地提高燃料电池生产过程中的质量和产品一致性。
氦气泄漏测试设备能够通过专用工具测试单极板、双极板和膜。双极板的特殊之处在于，在一个测试周期内必须对三个回路（冷却、氧气和氢气）进行泄漏测试。在测试周期中，双极板的不同回路以以下方式相互进行泄漏测试：
- 冷却回路通向外部
- 氢气和氧气回路的冷却回路
- 氧气回路至外部
- 氧气回路至氢气回路
- 氢气回路至外部
燃料电池双极板通过定位点定位在测试室下半部分的密封上。然后通过集成在模块化燃料电池泄漏测试套件中的真空系统固定部件。每个模块可以一次对两个部件进行泄漏测试。一旦部件装载并固定，测试室就会关闭，并按所述执行氦泄漏测试。测试周期结束后，测试室打开，可以取出测试的部件。部件的处理可以手动完成，或者在高容量燃料电池泄漏测试套件中可以完全自动化。
双极板泄漏测试使用哪些关键性能标准和指标？
对材料最重要的要求是具有出色的导电性，在组件的使用寿命内不会显著降低。基板材料通常是石墨或金属。有各种各样的基板材料，分为金属基板和非金属基板。例如，金属基板由不锈钢、钛或铝制成。不同的材料为板的功能提供了不同的特性和优势。根据应用，某些材料比其他材料更合适。
双极板的关键性能标准是什么？
双极板与 MEA(膜电极组件） 相结合，决定了燃料电池堆的效率。然而，一个关键的性能特征是燃料电池堆在连续运行中的效率。由于每个燃料电池堆要安装数百个双极板，因此也非常需要能够在批量生产过程中以低成本快速制造的双极板。如前所述，板越薄，通道结构越精细，整个燃料电池堆的效率就越高。这也通过使用更少的材料实现了轻量化组件。此外，燃料电池板的耐用性对于氢技术的进一步发展至关重要。
金属双极板与碳双极板相比如何？
双极板必须满足各种技术和质量参数，以确保所需的性能、寿命和可靠性要求。这些包括焊接或粘合的金属/石墨双极板的密封性。燃料电池双极板和膜的泄漏测试必须专门设计以检测此类泄漏，并提供足够的检测器灵敏度。
通常，燃料电池的双极板要求极限泄漏率为 10E-3 mbar l/s 至 10E-4 mbar l/s。这三个回路可能需要不同的泄漏率。例如，冷却回路的测试可以比氧气和氢气回路更严格。上述泄漏率是实现整个堆组件总泄漏率至少约为 10E-1 mbar l/s 至 10E-2 mbar l/s 所必需的（例如，每 BPP 0.0001 mbar l/s x 堆中的 400 BPP = 整个燃料电池堆 0.04 mbar l/s，考虑到堆组件中还包括其他组件）。
根据材料，燃料电池双极板泄漏测试的氦气测试压力在真空条件下绝对值 0.5 bar 至 2 bar 范围内。如果您查看电解器双极板的测试压力，它们也可能高得多。
另一个重要的工艺参数是循环时间。未来，不断增长的氢气市场将需要更短的循环时间，以满足不断增长的需求，并利用规模经济来降低成本。
当前的系统技术可以实现 12 秒的循环时间。机器的测量时间为 36 秒，加上组件处理时间，总测量时间为 48 秒。一些工位允许同时测试两个双极板。在这种设置中，两个并行工位可以将总测量时间缩短至 12 秒（48 秒除以 4 = 12 秒）。例如，此概念可以轻松扩展到 2、3 或 4 个双工位，以实现更短的循环时间，分别为 6、4 或 3 秒。
如何将泄漏测试无缝集成到制造过程中？
作为质量保证的一部分，泄漏测试是双极板制造过程中一个重要、必要但成本高昂的步骤。双极板的泄漏测试通常在焊接或粘合以及适当的清洁过程之后进行。同样，在应用组件密封后也可以进行泄漏测试。
可以实现两种选择。要么由泄漏测试站的一名或多名工人手动处理部件，或者采用全自动处理过程。
全自动流程可以借助机器人或直接接入生产线进行。在本文提到案例，双极板通过传送系统直接送入相应的工件载体的泄漏测试站，无需机器人的中间步骤。
双极板泄漏测试为何如此重要？
燃料电池主要由阳极和阴极组成。燃料电池的一侧供应氢气，另一侧供应氧气（空气）。带正电的氢粒子会穿过阳极和阴极之间的气体膜，而带负电的电子则无法穿过。由于电量总是试图平衡负载，带负电的电子会沿着外部连接流向燃料电池的另一侧。这种电流可用于运行电动驱动器或给电池充电。氢离子与供应的氧气结合成水或蒸汽，然后以废气的形式离开该过程。
氢基技术在全球减排的总体努力中发挥着重要作用。如今，氢燃料电池行业正处于被主流认可的关键时刻，预计在不久的将来，氢燃料电池汽车将得到更广泛的应用。燃料电池最初是为太空探索而开发的，双极板泄漏测试方法和流程也将在氢移动航天工业的发展中发挥重要作用。
内容由 Maceas 提供
MACEAS 是泄漏测试技术专家。我们在生产线上全面集成泄漏测试方面的经验尤其能为客户带来好处。我们专注于氦泄漏测试和超声波泄漏测试仪，通过超声波气泡检测，也用于氢应用，如双极板、燃料电池堆、氢存储容器和许多其他与氢相关的组件。我们位于德国西北部下萨克森州的小村庄 Barßel-Harkebrügge，为世界各地的客户提供泄漏测试设备并提供优质服务。MACEAS 作为泄漏测试技术品牌，是 Worthmann Maschinenbau GmbH 的全资子公司。
最后更新：2023.1.15