Tingkat produksi yang tinggi untuk sel bahan bakar
Engineering

Tingkat produksi yang tinggi untuk sel bahan bakar


Pabrik produksi non-stop di Fraunhofer IPT diatur untuk memproses komponen sel bahan bakar dalam siklus yang hanya berlangsung beberapa detik. Kredit: Fraunhofer IPT

Untuk menciptakan sistem lalu lintas jalan raya yang berkelanjutan, ratusan ribu sel bahan bakar akan dibutuhkan untuk mobil bertenaga hidrogen di masa depan. Hingga saat ini, produksi sel bahan bakar masih rumit dan terlalu lambat. Oleh karena itu, tim Fraunhofer sedang mengembangkan jalur produksi berkelanjutan yang akan dapat memproses komponen sel bahan bakar dalam siklus yang hanya berlangsung beberapa detik. Garis percontohan diatur untuk disajikan di Edisi Digital Hannover Messe dari 12 April hingga 16 April 2021.

Jerman dan Eropa sedang menuju masa depan hidrogen. Pemerintah federal Jerman menyetujui strategi hidrogennya pada Juni tahun lalu. Strategi tersebut bertujuan untuk membangun pabrik elektrolisis untuk produksi hidrogen dengan total keluaran 10 gigawatt di Jerman pada tahun 2040. Dan untuk Eropa, Komisi Eropa mengusulkan dalam “Strategi Hidrogen” untuk memperluas keluaran elektrolisis hingga 40 gigawatt lagi. Hidrogen akan digunakan dalam industri dan di masa depan juga untuk lalu lintas jalan raya, yang pada akhirnya menunjukkan peralihan dari bahan bakar bensin dan solar. Tapi jutaan kendaraan membutuhkan jutaan sel bahan bakar untuk mengubah hidrogen menjadi tenaga. Dan hingga saat ini, Eropa belum memiliki fasilitas produksi massal yang dapat memenuhi permintaan ini. Yang paling tidak kami miliki adalah rantai produksi tertutup untuk membuat komponen sel bahan bakar dan kemudian merakitnya untuk membentuk barang jadi, seperti pada produksi jalur perakitan.

Siklus produksi panjang kedua

“Kami membutuhkan jalur produksi non-stop yang mampu menjatuhkan dan memproses komponen dalam siklus yang berlangsung hanya beberapa detik,” kata Dr. Christoph Baum, Direktur Pelaksana Institut Fraunhofer untuk Teknologi Produksi IPT di Aachen. “Industri di Eropa masih jauh dari titik itu.” Saat ini, berbagai komponen diproduksi oleh berbagai produsen dan kemudian dirakit untuk membuat sel bahan bakar. Dan langkah-langkah produksi seperti pembentukan, pembersihan, pelapisan atau penggabungan komponen sel bahan bakar dipisahkan secara spasial satu sama lain di berbagai pulau mesin. Christoph Baum: “Secara keseluruhan, logistik di dalam fasilitas produksi kami rumit. Suku cadang harus diambil, ditempatkan, dan disangga beberapa kali — itu adalah bisnis yang memakan waktu.” Oleh karena itu, Fraunhofer IPT untuk pertama kalinya mengembangkan jalur percontohan non-stop di lingkungan penelitian di mana komponen sel bahan bakar dibuat dan dirakit menjadi produk jadi di satu tempat.

Jantung sel bahan bakar

Secara khusus, ini tentang menghasilkan jantung dari sel bahan bakar, “tumpukan”, di mana hidrogen diubah menjadi air dan energi dikumpulkan. Tumpukan ini terdiri dari ratusan pelat bipolar yang disusun di atas satu sama lain. Pelat bipolar ditarik melalui sistem rumit saluran tebal milimeter, hidrogen dimasukkan di satu ujung dan air yang dihasilkan oleh reaksi kimia di tumpukan diumpankan ke ujung lainnya. Memproduksi pelat bipolar ini merupakan tantangan tersendiri. Pelat ini hanya setebal sekitar seratus mikrometer dan cenderung lebih menyerupai film daripada pelat. Mereka harus dipindahkan dengan sangat hati-hati untuk memastikan tidak ada yang berkerut atau yang lebih buruk masih berkerut. Pertama, pengepres digunakan untuk mengembos struktur saluran ke pelat kosong. Mereka kemudian dilapisi di bawah vakum untuk mengurangi hambatan listrik dan membuatnya lebih tahan korosi. Pelat bipolar yang sudah jadi terdiri dari setengah kiri dan setengah kanan, dengan sistem saluran halus di antaranya. Oleh karena itu, kedua bagian tersebut perlu dilas bersama-sama dengan tingkat presisi yang tinggi. Ada juga berbagai langkah pembersihan.

Presentasi di Hannover Messe

Tim di Fraunhofer IPT sekarang telah mengembangkan jalur produksi di mana perangkat penanganan pick-and-place khusus, menyerahkan semua komponen dan pelat bipolar sedemikian rupa untuk menciptakan proses yang lancar. Garis percontohan ini akan disajikan selama Edisi Digital Hannover Messe dari 12 hingga 16 April 2021. Dalam siaran langsung, Fraunhofer IPT, bersama dengan Institut Fraunhofer untuk Material dan Teknologi Beam IWS dan Institut Fraunhofer untuk Peralatan Mesin dan Teknologi Pembentukan IWU , akan mempresentasikan rencana tindakan Fraunhofer-Gesellschaft dan hasil penelitian awal untuk produksi massal sel bahan bakar otomatis yang hemat biaya. Tujuan dari ketiga lembaga yang mengkhususkan diri di bidang manufaktur ini adalah untuk mempercepat terobosan ekonomi sel bahan bakar dan elektroliser baik secara nasional maupun internasional. Selain itu, mereka berencana untuk mentransfer rencana tindakan dan teknologi individu untuk produksi sel bahan bakar dari penelitian ke aplikasi industri.

Karena beberapa langkah proses lebih cepat daripada yang lain, tantangannya adalah mengoptimalkan aliran secara keseluruhan sehingga tidak terjadi kemacetan atau waktu tunggu. Proses pengepresan kosong, disebut gambar dalam, dilakukan hanya dalam waktu sekitar satu detik, sedangkan pengendapan lapisan pelindung membutuhkan waktu lebih lama. “Kami memperkirakan bahwa ratusan ribu pelat bipolar akan dibutuhkan untuk ekonomi hidrogen di masa depan,” kata Christoph Baum. “Untuk alasan ini, kami berusaha keras untuk mencapai throughput setidaknya satu pelat bipolar per detik di semua pabrik.”

Dari gulungan hingga barang jadi

Dalam proyek CoBIP (produksi roll-to-roll pelat bipolar yang berkelanjutan untuk sel bahan bakar), Fraunhofer IPT saat ini menjalankan otomatisasi jalur percontohan bersama dengan Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, Jülich Research Center dan beberapa mitra industri. Para peneliti sedang mengembangkan pabrik untuk memproses pelat bipolar dalam strip film dari gulungan. Strip film melewati mesin dan karenanya melalui semua langkah proses — dari kosong hingga pembentukan, pengendapan lapisan pelindung hingga pembersihan melalui proses penggabungan oleh laser. Hanya di bagian paling ujung saja pelat bipolar memotong strip dan diisolasi. Proses berkelanjutan dari gulungan hingga barang jadi ini akan menghemat sejumlah langkah penanganan. Pabrik dirancang sedemikian fleksibel sehingga mitra industri dapat bertukar dan menguji modul produksi individu sesuka hati. “Kami menyediakan alat yang dapat digunakan produsen untuk merancang dan mengoptimalkan jalur produksi non-stop agar sesuai dengan kebutuhan mereka.” Tingkat siklus yang tinggi memungkinkan beberapa perangkat untuk beroperasi secara paralel atau dihubungkan secara seri, laser untuk menghubungkan bagian pelat, misalnya.

“Memang benar bahwa di Eropa kami memiliki banyak keahlian sistem untuk membuat sel bahan bakar bermutu tinggi. Tetapi kami kekurangan fasilitas untuk memproduksi sel bahan bakar dalam skala industri dengan harga yang kompetitif — jalur produksi seperti yang telah kita lihat di Hyundai atau Toyota , “jelas Christoph Baum menyimpulkan. Baum mengingatkan kita bahwa dalam hal sel bahan bakar, kendala skala produksi industri tidak boleh diremehkan. Mirip dengan situasi baterai, sistem pemindahan dari laboratorium ke produksi massal adalah masalah yang kompleks. Di sinilah, di masa lalu, pesaing internasional kami telah membangun keahlian mereka dalam produksi massal yang hemat biaya dengan tekad yang lebih besar. Berkat jalur produksi berefisiensi tinggi seperti yang sekarang dihadirkan Fraunhofer IPT, kami akan dapat mengidentifikasi dan mengatasi tantangan produksi skala industri pada tahap awal.


Pelat bipolar baru dari foil logam tipis untuk sel bahan bakar


Disediakan oleh Fraunhofer Society

Kutipan: Tingkat produksi tinggi untuk sel bahan bakar (2021, 31 Maret) diambil pada 31 Maret 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-03-high-production-fuel-cells.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HKG