【新產品】高精度雙極板成型壓機

柔性石墨雙極板簡述

雙極板是燃料電池和液流儲能電池的核心部件。柔性石墨板是一種兼具金屬板和石墨板優點的雙極板材料，具有耐腐蝕，質量小的優點，也可用于液流電池雙極板。

一般情況下，在電池堆中，雙極板占電堆總質量的80%以上，占總成本約30%，而電堆體積基本也是由雙極板占據。因此，提高雙極板的性能和降低其制造成本，已經成為氫能源及液流儲能電池領域內廣泛關注和努力的技術發展方向。

按照材料的不同，目前市場上的雙極板主要有三種類型：石墨雙極板、金屬雙極板和復合雙極板。其中，石墨雙極板以其技術成熟度較高，在應用領域占據主導地位。

石墨雙極板包括硬石墨板和柔性石墨板，硬質石墨板的加工時間長、難度大、生產成本居高不下，并且容易發生斷裂。柔性雙極板具有其獨特的優勢，在性能和加工可行性上都具有非常不錯的性價比。

【新產品】高精度雙極板成型壓機

柔性石墨雙極板是一種以可膨脹石墨為基材并輔以材料復合改性的雙極板，屬于復合材料雙極板類型中衍生出的具有廣泛應用潛力的類型。這種雙極板利用了膨脹石墨的輕質多孔特性，其內部石墨層結構賦予了板材良好的導電性能。

膨脹石墨，又稱柔性石墨或者蠕蟲石墨，是一種新型的碳材料。膨脹石墨具有較大的比表面積、高表面活性、良好的化學穩定性和耐高溫性能等諸多優點。

膨脹石墨常用的制備過程是以天然鱗片石墨為材料，先經氧化過程生成可膨脹石墨，再經膨化處理成為膨脹石墨。

當暴露于高溫下，膨脹石墨可以迅速擴大150到300倍的體積，形態從片狀轉變為類似蠕蟲的結構，從而結構松散，多孔而彎曲，表面積擴大、表面能提高，并增強了對鱗片石墨的吸附能力。這種蠕蟲狀石墨能夠自我嵌合，賦予材料阻燃、密封和吸附等特性，在生活、軍事、環保、化工等多個領域廣泛應用。

根據雙極板的功能需求，同時考慮PEMFC電化學反應環境為酸性，因此要求雙極板對電導率、氣密性、機械性能、耐腐蝕性等有較高的要求。2023年12月22日，工信部發布了《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2024年版）》的通告。其中對氫能源燃料電池用柔性石墨雙極板的標準如下：

密度≥1.9g/cm3，電導率≥100S/m，抗壓強度≥100MPa，腐蝕電流≤0.016mA/cm2，熱傳導系數≥10W/(m·K)，抗彎強度≥50MPa，透氣率≤2×10-6cm3/scm2。

【新產品】高精度雙極板成型壓機

膨脹石墨雙極板制備工藝流程

? ??天然石墨材料膨化處理、柔性石墨板制備、模壓柔性石墨板制備單極板、真空浸漬樹脂處理、熱壓整平極板、絲網印刷涂膠、雙極板粘接處理、極板切邊。其中柔性石墨板的制備、真空壓制、浸漬處理是整個制備過程核心。

真空壓制

將低密度柔性石墨板壓制成高密度板，并印上相應的流道結構，這是壓制成型的主要內容。柔性石墨在低密度狀態呈蓬松狀態，內部存在很多間隙的空洞且充滿了氣體。在壓制的過程中，為了盡可能減少因內部氣體聚集而造成的鼓包現象，應盡可能在真空狀態下進行壓制成型。

為實現真空壓制，設計專用真空模壓裝置。在壓機工作臺及滑塊上安裝相應的壓制模具，在模具之間放置低密度柔性石墨板；當壓制合模時，可由密封結構組成密封腔室，從底座孔洞抽取真空外連接真空泵，整個壓制模具在真空環境中。

當真空要求達到設定值時，停止抽真空，進行合模壓制并按工藝要求進行保壓；撤除密閉空腔真空要求，注入氮氣，撤回上座模具，取出壓制樣件。在真空狀態壓制，可以有效地降低極板表面鼓泡風險的存在。

高精度雙極板成型壓機

針對高精度的復雜成型應用，順天裝備研發了一種多用途且節能的伺服液壓機來替代傳統液壓機和伺服機械壓力機。此高精度雙極板成型壓機，既能夠用于完成柔性石墨雙極板的高精度成型，同時也能夠滿足金屬雙極板的高精度生產所需。

【新產品】高精度雙極板成型壓機

此伺服液壓機在很多方面都與普通液壓機不同：例如，液壓系統的控制閥被伺服電機替代，所有的速度、位移和壓力完全由電氣控制。大大的減少特殊運動部件的數量，降低了油耗，為設計高度可靠和高重復精度的精益工藝奠定了基礎，同時大大減少了維護保養需求。

機身由整體框架鑄造結構，經去應力處理，機身剛性和精度保持性好。滑塊采用四角八面可調高精度導向，提高許用面壓力，減小摩擦力，運行精度高，提高耐磨與耐用度。

設備還配備了先進的控制系統和安全保護裝置，以確保操作的安全性和可靠性。

為了使用高精度復雜成型工藝，液壓機液控制系統采用先進伺服液控系統，提高了位置控制、速度控制、微開模速度控制和壓力參數精度。壓力控制精度最高可達±0.1MPa，滑塊位置、下行速度、預壓速度、微開模速度和回程速度、排氣次數等參數均可一定范圍內在觸摸屏上設置和調整，控制系統節能，噪聲低，液壓沖擊小，穩定性高。

　　為了解決由于成形制件不對稱造成的偏載和大平面薄形制品厚度偏差等技術問題，或滿足模內噴涂、平行脫模等工藝，壓機可選配動態瞬間四角調平裝置，采用高精度位移傳感器、高頻響應伺服閥，通過比例伺服閥或伺服泵控的動態閉環控制方式，控制四缸執行元件的同步糾偏動作，達成全臺面四角調平精度最高可達0.05mm。

節能工藝

根據不同應用，伺服電機解決方案可以將能耗降低40% ~50%。相比較傳統壓力機，傳動效率可以提供30%以上。通過采用能源回饋以及儲能等方式，實現回收能源再利用，更加節能環保，相比傳統壓力機可節省20%-30%的電力費用。

高精度成型

整個沖壓工藝是一個閉環，可以連續控制滑塊的運動，修正偏差，實現高精度控制速度和位移。尤為重要的是，它可以主動控制滑塊相對于工作臺的平行度，有助于實現高成型精度和減少模具磨損。通過光柵尺實現位移閉環控制，來持續彌補溫度、環境、間隙對滑塊位置的影響，可達到0.01mm控制精度；滑塊與工作臺平行度可達到JIS特級標準；生產出的極板，尺寸穩定，合格率高。

高效率

伺服壓力機可在任一位置減速或者保壓，提升模具壽命，并且通過運行曲線的調整更好的適配自動化生產方式，達到理想的節拍。

伺服機械壓力機的替代者

伺服液壓機：低能耗、緊湊設計、高效能和高重復精度并且維護成本低，極為具有競爭力；這使它成為伺服機械壓力機在傳統應用領域強有力的替代品。

同時為完成自動化聯線生產，此設備還可配備相關設備部件及機械手等，組成自動化柔性石墨板模壓生產線線，完成膨脹石墨板的壓制成型、外觀檢測、下料疊片、裝籃等工作。

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【新產品】高精度雙極板成型壓機

柔性石墨板模壓生產線，主要用于膨脹石墨板的壓制成型、外觀檢測、下料疊片、裝籃的燃料電池雙極板成型的專用設備。

通過人工將膨脹石墨板放到轉運小車輸送至上料工位，由六軸機器人通過吸附的方式將膨脹石墨板上至壓合工位。

壓合完成的石墨板即成為單極板，通過外觀檢測，將不良品剔除，將合格品裝籠，并通過小推車輸送至浸滲車間。

原文始發于微信公眾號（廣州順天裝備制造有限公司）：【新產品】高精度雙極板成型壓機

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