프라운호퍼 공작기계 및 성형기술 연구소(Fraunhofer IWU)에서는 연료전지 엔진의 신속하고 비용 효율적인 양산을 촉진하기 위한 첨단 기술 개발에 주력하고 있습니다. 이를 위해 IWU 연구진은 우선 연료전지 엔진의 핵심 부품인 바이폴라 플레이트를 얇은 금속박으로 제작하는 방법을 연구하고 있습니다. 프라운호퍼 IWU는 하노버 메세에서 실버훔멜(Silberhummel) 경주용 자동차를 통해 이러한 유망한 연료전지 엔진 연구 활동들을 선보일 예정입니다.
전기 엔진에 에너지를 공급하는 데 있어 연료 전지는 배터리를 보완하여 주행 거리를 늘리는 이상적인 방법입니다. 그러나 연료 전지 제조는 여전히 비용이 많이 드는 공정이기 때문에 독일 시장에서 이 구동 기술을 적용한 차량 모델은 아직 상대적으로 적습니다. 이제 프라운호퍼 IWU의 연구원들이 보다 비용 효율적인 해결책을 연구하고 있습니다. 켐니츠에 있는 프라운호퍼 IWU의 프로젝트 관리자인 소렌 셰플러는 "우리는 연료 전지 엔진의 모든 구성 요소를 종합적으로 고려하는 접근 방식을 취합니다. 수소 공급부터 시작하여 연료 전지에서 전기를 생성하는 데 직접 사용되는 재료 선택, 그리고 전지 자체와 차량 전체의 온도 조절에 이르기까지 모든 것을 고려합니다."라고 설명합니다.
첫 단계로 연구진은 연료 전지 엔진의 핵심인 "스택"에 집중합니다. 스택은 양극판과 전해질 막으로 구성된 여러 개의 셀이 쌓여 에너지가 생성되는 부분입니다.
"기존의 흑연 바이폴라 플레이트를 얇은 금속 포일로 대체하는 방법을 연구하고 있습니다. 이를 통해 스택을 신속하고 경제적으로 대량 생산할 수 있으며 생산성을 크게 향상시킬 수 있을 것입니다."라고 셰플러는 말합니다. 연구진은 또한 품질 보증에도 집중하고 있습니다. 스택의 모든 구성 요소는 제조 공정에서 직접 검사됩니다. 이는 철저한 검사를 거친 부품만 스택에 사용되도록 하기 위한 것입니다.
이와 동시에 프라운호퍼 IWU는 스택이 환경과 주행 상황에 적응하는 능력을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 셰플러는 "우리의 가설은 AI의 도움을 받아 환경 변수에 동적으로 적응하는 것이 수소 절약에 도움이 될 수 있다는 것입니다. 엔진이 외부 온도에서 작동하는지, 낮은 온도에서 작동하는지, 평지에서 작동하는지, 산악 지대에서 작동하는지는 매우 중요합니다. 현재 스택은 미리 정해진 고정된 작동 범위 내에서 작동하기 때문에 이러한 환경 의존적 최적화가 불가능합니다."라고 설명합니다.
프라운호퍼 연구소 전문가들은 2020년 4월 20일부터 24일까지 하노버 메세에서 열리는 실버훔멜 전시를 통해 연구 방식을 선보일 예정입니다. 실버훔멜은 1940년대 아우토 유니온 AG에서 설계한 경주용 자동차를 기반으로 합니다. 프라운호퍼 IWU 연구진은 새로운 제조 방식을 사용하여 이 차량을 복원하고 현대 기술 시연 차량으로 재탄생시켰습니다. 이들의 목표는 실버훔멜에 첨단 연료 전지 기술 기반의 전기 엔진을 장착하는 것입니다. 이 기술은 하노버 메세에서 디지털 방식으로 차량에 구현된 모습을 미리 공개할 예정입니다.
실버후멜 차체 자체도 프라운호퍼 IWU에서 지속적으로 개발 중인 혁신적인 제조 솔루션과 성형 공정의 한 예입니다. 하지만 여기서는 소량 생산의 비용 효율성에 초점을 맞추었습니다. 실버후멜의 차체 패널은 복잡한 주강 공구를 사용하는 대형 프레스로 성형되지 않았습니다. 대신, 가공이 용이한 목재로 만든 음각 금형이 사용되었습니다. 이 목적을 위해 설계된 공작 기계가 특수 맨드릴을 사용하여 차체 패널을 목재 금형에 조금씩 눌러 성형했습니다. 전문가들은 이 방법을 "증분 성형"이라고 부릅니다. 셰플러는 "이 방법은 펜더, 후드, 심지어 전차 측면 패널과 같은 원하는 부품을 기존 방식보다 훨씬 빠르게 제작할 수 있습니다. 예를 들어 차체 부품을 성형하는 데 사용되는 공구를 기존 방식으로 제작하는 데는 몇 달이 걸릴 수 있습니다. 하지만 우리는 목재 금형 제작부터 완성된 패널까지 일주일도 채 걸리지 않았습니다."라고 말합니다.
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게시 시간: 2020년 5월 5일