燃料電池堆的焊接

作者：Tony Hoult和John Tinson SPI Lasers -- 半導體國際 - 中國半導體制造業的技術權威網站

燃料電池（fuel cell）技術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，可用于環保汽車，還可廣泛應用到太空、海洋、能源、化工、制造、醫藥和電子等多種產業。

　　全世界都已經認識到這項技術的巨大潛力。2003年，布什總統發起成立了氫燃料啟動基金，至今美國政府已經投入了超過1.8億美元用于支持燃料電池技術的研發。再加上來自本田、現代等公司的私人初創資金，全美在這項技術上的投入已經超過2.8億美元。

　　要想發揮出燃料電池的最大潛能，關鍵是必須在未來的5-10年內實現大規模的商業生產。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競爭，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能量轉換器件，它利用外部添加的燃料（陽極端）和氧化劑（陰極端）來發電。這種電化學反應在電解液中進行并產生能量。

　　通常一個燃料電池單元所產生的電壓值小于1V，所以在實際應用中通常是將它們
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

　　良好的焊接能夠優化電池的功能區，并使每個獨立金屬板的形變最小以控制整個燃料電池堆的形變。

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

　　這里存在的問題都可以歸結為傳統的激光焊接技術很難以合理的生產速率進行小尺寸、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注光纖激光器焊接技術。

　　經濟的密封焊接

　　與其它激光焊接技術相比，光纖激光器焊接的主要優點在于光束質量、輸出能量和功率穩定性都很高，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量高，所以光束的聚焦點很小，相應的能量密度也很高。這樣就可以進行非常快速、有效的加工，從而能夠進行大深寬比的焊接。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定性高（通常為