燃料电池堆的焊接

作者：Tony Hoult和John Tinson SPI Lasers -- 半导体国际 - 中国半导体制造业的技术权威网站

燃料电池（fuel cell）技术是目前最被看好的能源解决方案之一，它将极大地影响到能源短缺和全球性变暖等问题。燃料电池提供干净的能源，可用于环保汽车，还可广泛应用到太空、海洋、能源、化工、制造、医药和电子等多种产业。

　　全世界都已经认识到这项技术的巨大潜力。2003年，布什总统发起成立了氢燃料启动基金，至今美国政府已经投入了超过1.8亿美元用于支持燃料电池技术的研发。再加上来自本田、现代等公司的私人初创资金，全美在这项技术上的投入已经超过2.8亿美元。

　　要想发挥出燃料电池的最大潜能，关键是必须在未来的5-10年内实现大规模的商业生产。2002年，燃料电池电源输出每千瓦电能的典型成本在1000美元左右。为了能够与其它技术竞争，燃料电池的制造成本必须大幅下降。

　　制造燃料电池堆

　　燃料电池是一种电化学能量转换器件，它利用外部添加的燃料（阳极端）和氧化剂（阴极端）来发电。这种电化学反应在电解液中进行并产生能量。

　　通常一个燃料电池单元所产生的电压值小于1V，所以在实际应用中通常是将它们
成串堆叠起来以得到所需的电压。典型的燃料电池一般是由许多不锈钢薄片构成的，这些薄片必须焊接在一起来形成如图所示的燃料电池堆。

　　燃料电池的拉伸视图

　　良好的焊接能够优化电池的功能区，并使每个独立金属板的形变最小以控制整个燃料电池堆的形变。

　　目前在燃料电池的制造过程中，金属板的焊接是最耗时的工艺：燃料电池堆中的每块金属板所需的焊接长度都在1米左右，而每辆环保汽车的焊接长度则达到约400米。优化焊接工艺能够大大节约燃料电池的制造成本。

　　这里存在的问题都可以归结为传统的激光焊接技术很难以合理的生产速率进行小尺寸、清洁和可靠的焊接。为解决这些问题，主流燃料电池制造商们正在关注光纤激光器焊接技术。

　　经济的密封焊接

　　与其它激光焊接技术相比，光纤激光器焊接的主要优点在于光束质量、输出能量和功率稳定性都很高，功率密度和控制幅度更大，以及总拥有成本较低。光纤激光器的光束质量高，所以光束的聚焦点很小，相应的能量密度也很高。这样就可以进行非常快速、有效的加工，从而能够进行大深宽比的焊接。与其它激光源相比，光纤激光器能够在低得多的热输入条件下进行焊接，从而使被焊金属板的形变较小。光纤激光器的能量稳定性高（通常为