Jelen cikkben egy tanulságos iparfejlesztési megoldást, sikeres piacválasztást és fejlett technológiájú gyártást mutatunk be, amely egy hagyományos acélipari, fémmegmunkáló cégnek jelent ígéretes jövőbeni piacot.
A dél-koreai Posco (korábban Pohang Iron and Steel Co.) hagyományos acélipari vállalat, amely 42 millió t/év acéltermelésével a világ negyedik legnagyobb acélgyártója volt 2015-ben. A cégcsoportnak számos, önmagában is jelentős üzletága van az acélgyártás mellett, például az energetikában és a vegyiparban. A cég a Fortune500-as lista 194. helyén áll. A Posco International a tüzelőanyag-cellákhoz nélkülözhetetlen bipoláris lemezek gyártása terén találta meg, illetve fejlesztette ki a jövő egyik ígéretes termékét, és hozta létre annak gyártási kapacitását.
A konkrét vállalati fejlesztés leírása előtt azonban célszerű röviden bemutatni a tüzelőanyag-cellák bipoláris lemezeit, azok funkcióját, hogy a Posco fejlesztése is érthetőbb legyen. A bipoláris lemezek a tüzelőanyag-cellák (TC) egyik lényegi komponensét alkotják. A több elemi cellát tartalmazó TC-kben – a megfelelően nagy teljesítény eléréséhez – az elemi cellákat elektromos értelemben is sorba kapcsolják. Ezek együttesen alkotják az ún. stack-et. A jó vezetőképességű bipoláris lemezek határolják el lényegében az egyes cellákat, továbbá ezek alkotják az egyik cella anódját és egyidejűleg a következő cella katódját. Tehát egyrészt biztosítják az elektromos vezetést, és nem mellékesen a keletkező hő elvezetését.
A bipoláris lemezek további fontos funkciója, hogy kis csatornáikon keresztül bevezessék az elemi cellákba, a MEA katalizátor rétegére az üzemanyagot (legtöbb esetben a hidrogént), valamint az oxidálószert (a legtöbb esetben a levegő oxigénjét), illetve elvezessék a reakciótermékeket (pl. a keletkező vizet). Ez utóbbi funkciókat a bipoláris lemezen található, apró áramlási csatornák biztosítják, melyek sűrűn behálózzák a lemez felületét.
A bipoláris lemezek anyaga lehet acél, titán, vagy valamilyen vezetőképességgel rendelkező polimer kompozit, esetleg grafit kompozit. A lemezek mindkét oldalán futó apró áramlási csatornákat például precíziós CNC technológiával, vagy valamilyen egyéb (pl. kémiai) bemaratási módszerrel alakítják ki. Korábban főleg grafit vagy polimer alapú bipoláris lemezek készültek, de a tömeggyártási eljárásokhoz ezek kevésbé ideálisak. A megmunkálási technológia fejlődésével a rozsdamentes acél, illetve a titánalapú bipoláris lemezek kezdtek jobban elterjedni, mivel könnyen és gyorsan gyárthatók, kellően könnyűek, ugyanakkor szilárdak, jó elektromos vezetőképességgel rendelkeznek és korrózióállók. A bipoláris lemez viszonylag nagy arányt képvisel a teljes TC költségében, így a végfelhasználói árat az alacsony költségű és gyors gyárthatóság alapvetően meghatározza.
A dél-koreai Posco International cégcsoport voltaképpen már a 2000-es években elkezdett foglalkozni a bipoláris lemezek gyártásával, de 2018-ban bevezettek egy technológiai újítást. A Posco SPS leányvállalat kezdte gyártani a saját fejlesztésű, rozsdamentes acél (Poss470FC) anyagú bipoláris lemezeket, az ultravékony, precíziós hengermű (rolling-mill) technológia segítségével. Nagyon vékony, 1 mm-nél is vékonyabb lemez készül, amelybe a hengermű rendkívül precízen belemarja a kis áramlási csatornákat. A bipoláris lemez vastagságának, illetve tömegének csökkentése kulcsfontosságú a teljes TC stack tömegének csökkentése szempontjából, mivel a teljes TC tömegében meghatározó (80%) a bipoláris lemezek tömege. Nem utolsó sorban a vékonyabb és könnyebb bipoláris lemezek lehetővé teszik, hogy a TC kisebb helyen is elférjen. Nem elhanyagolható szempont, hogy az ilyen lemezek a végtermék, azaz a teljes TC teljesítménysűrűségét (kW/kg, kW/L) is javítják. A know-how komoly részét képezi a gyártási művelet, mivel a lemez nem lehet sorjás, nem maradhat benne feszültség, és mindeközben gyors, gazdaságos sorozat-gyárthatóságra van szükség. A cég jelenlegi gyártókapacitása 1.400 t/év, ami kb. 35 ezer üzemanyag-cellás járműhöz elegendő, de a kapacitását 2027-re 10.000 t/év értékre szeretnék emelni. A Posco számos bejegyzett szabadalommal is rendelkezik a rozsdamentes acél bipoláris lemezek gyártása terén.
A cég vezetése arra épít, hogy az előttünk álló évtizedben több szegmensben is jelentősen felfut a tüzelőanyag-cellás járműgyártás: személyautók, buszok, teherautók, vonatok, hajók, drónok, és ezek jó felvevő piacot biztosítanak terméküknek. Ezt a mellékelt ábra is alátámasztani látszik, mivel a Transparency Market Research piackutató cég felmérése szerint 2020 és 2030 között 57% éves növekedési ütem (CAGR) várható a bipoláris lemezek terén, domináns mértékben Ázsiában, és részben Európában.
A piaci várakozások alapján talán nem is meglepő, hogy a szintén dél-koreai Hyundai Steel is bővíti bipoláris lemez termelését, és az új kapacitását lépcsőzetesen, de első körben már idén áprilisban üzembe állítja Dangjin-ban. A Hyundai Motor Group 2030-ra 500 ezer üzemanyag-cellás járművet szeretne gyártani, így a bipoláris lemez gyártás felfuttatása is igazodik e tervekhez.
A Posco-ra visszatérve érdemes még megemlíteni, hogy Posco Chemical leányvállalata az akkumulátoros (BEV) járművekhez szükséges anód és katód anyagok gyártási kapacitását bővíti éppen. A POSCO Energy pedig már hosszú évek óta üzemeltet Dél-Koreában tüzelőanyag-cellás erőműveket. Egyebek mellett tulajdonosa és üzemeltetője a világ jelenleg legnagyobb, 59 MWe kapacitású (Hwasung City) tüzelőanyag-cellás erőművének is. A Posco Energy 2019 végén kiszervezte tüzelőanyag-cellás üzletágát egy önálló, Korea Fuel Cell nevű cégbe.
Forrás: https://fuelcellsworks.com/news/posco-international-to-expand-production-of-fuel-cell-separators/
Jelen cikk PDF formátumban is letölthető innen.