燃料電池堆的焊接

作者：Tony Hoult和John Tinson SPI Lasers -- 半導(dǎo)體國(guó)際 - 中國(guó)半導(dǎo)體制造業(yè)的技術(shù)權(quán)威網(wǎng)站

燃料電池（fuel cell）技術(shù)是目前最被看好的能源解決方案之一，它將極大地影響到能源短缺和全球性變暖等問題。燃料電池提供干凈的能源，可用于環(huán)保汽車，還可廣泛應(yīng)用到太空、海洋、能源、化工、制造、醫(yī)藥和電子等多種產(chǎn)業(yè)。

　　全世界都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)的巨大潛力。2003年，布什總統(tǒng)發(fā)起成立了氫燃料啟動(dòng)基金，至今美國(guó)政府已經(jīng)投入了超過1.8億美元用于支持燃料電池技術(shù)的研發(fā)。再加上來自本田、現(xiàn)代等公司的私人初創(chuàng)資金，全美在這項(xiàng)技術(shù)上的投入已經(jīng)超過2.8億美元。

　　要想發(fā)揮出燃料電池的最大潛能，關(guān)鍵是必須在未來的5-10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)生產(chǎn)。2002年，燃料電池電源輸出每千瓦電能的典型成本在1000美元左右。為了能夠與其它技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，燃料電池的制造成本必須大幅下降。

　　制造燃料電池堆

　　燃料電池是一種電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換器件，它利用外部添加的燃料（陽極端）和氧化劑（陰極端）來發(fā)電。這種電化學(xué)反應(yīng)在電解液中進(jìn)行并產(chǎn)生能量。

　　通常一個(gè)燃料電池單元所產(chǎn)生的電壓值小于1V，所以在實(shí)際應(yīng)用中通常是將它們
成串堆疊起來以得到所需的電壓。典型的燃料電池一般是由許多不銹鋼薄片構(gòu)成的，這些薄片必須焊接在一起來形成如圖所示的燃料電池堆。

　　燃料電池的拉伸視圖

　　良好的焊接能夠優(yōu)化電池的功能區(qū)，并使每個(gè)獨(dú)立金屬板的形變最小以控制整個(gè)燃料電池堆的形變。

　　目前在燃料電池的制造過程中，金屬板的焊接是最耗時(shí)的工藝：燃料電池堆中的每塊金屬板所需的焊接長(zhǎng)度都在1米左右，而每輛環(huán)保汽車的焊接長(zhǎng)度則達(dá)到約400米。優(yōu)化焊接工藝能夠大大節(jié)約燃料電池的制造成本。

　　這里存在的問題都可以歸結(jié)為傳統(tǒng)的激光焊接技術(shù)很難以合理的生產(chǎn)速率進(jìn)行小尺寸、清潔和可靠的焊接。為解決這些問題，主流燃料電池制造商們正在關(guān)注光纖激光器焊接技術(shù)。

　　經(jīng)濟(jì)的密封焊接

　　與其它激光焊接技術(shù)相比，光纖激光器焊接的主要優(yōu)點(diǎn)在于光束質(zhì)量、輸出能量和功率穩(wěn)定性都很高，功率密度和控制幅度更大，以及總擁有成本較低。光纖激光器的光束質(zhì)量高，所以光束的聚焦點(diǎn)很小，相應(yīng)的能量密度也很高。這樣就可以進(jìn)行非?？焖?、有效的加工，從而能夠進(jìn)行大深寬比的焊接。與其它激光源相比，光纖激光器能夠在低得多的熱輸入條件下進(jìn)行焊接，從而使被焊金屬板的形變較小。光纖激光器的能量穩(wěn)定性高（通常為