Boom v oblasti palivových článků ...

Manipulace s bipolárními deskami (BPP)

Plochý gripper FLGR s vysokým průtokem pro úplné uchopení citlivých dílů, jako jsou membránové elektrody (MEA) a bipolární desky (BPP)

Gripper pro šetrné zacházení s plynovými difuzními vrstvami (GDL)

Manipulace s vysoce strukturovanými díly s průchody

Bezchybné zacházení s fóliemi a membránami (CCM)

Matthias Müller, vedoucí mezinárodního prodeje a mezinárodního odvětvového a klíčového account managementu ve společnosti J. Schmalz GmbH

Palivové články jsou vážným řešením pro bezemisní mobilitu. Pokud byly dlouhou dobu mimo pozornost, etablovaly se nyní jako průchodná cesta pro strategie nulových emisí. Vývoj hardwaru a automatizované výroby je proto velmi dynamický. Zde zasahuje společnost Schmalz a přizpůsobuje své manipulační systémy neustále se měnícím požadavkům – nové procesní kroky, povrchy a materiály.

Od roku 2001 se začalo v oblasti spalovacích motorů něco dít. Na začátku 21. století si stále více výrobců automobilů začalo všímat jejich „modré“ vize budoucí mobility: vozidla s pohonem na palivové články. I němečtí výrobci automobilů vyslali testovací flotily na silnice – tiché, čisté a s dodržením několika bezpečnostních opatření stejně snadné na obsluhu jako benzinové nebo naftové motory. Poté se palivové články odklonily od veřejné pozornosti. Po letech podpory elektromobility s bateriemi jako skladovateli energie se nyní opět dostávají do centra pozornosti uživatelé vodíku. Studie VDE z dubna 2021 definuje „portfolium pohonů budoucnosti“ jako potřebami řízený mix: baterie pro osobní vozy, baterie nebo palivové články pro nákladní vozy a E-paliva pro stávající vozidla, motorsport a veterány. Tato data shromáždila organizace VDE, která oslovila politiky a vedoucí pracovníky z průmyslu. Fakt je, že palivové články se etablovaly a představují šanci pro bezemisnou jízdu a ekonomiku v Německu. Pro efektivní výrobu je rovněž nutné používat automatizované manipulační systémy, které jemně a bezpečně zacházejí s různými komponenty a sestavami.

„Palivové články jsou v současnosti velmi dynamickou oblastí. Především v Německu a Evropě, stejně jako v některých asijských zemích, zavádějí podpůrné programy nové hráče a velcí zavedení se dále etablují,“ říká Matthias Müller, vedoucí prodeje v mezinárodním oddělení a management klíčových zákazníků ve společnosti J. Schmalz GmbH. Výzvou pro něj a jeho tým je být u všech projektů a zvládnout vysokou míru inovací. „To zvládneme bez problémů – díky našemu průmyslovému managementu. To je náš klíčový bod, který odhalí relevantní kontakty a profesionálně obsluhuje zákazníky. Za úspěchem stojí velmi úzká spolupráce s našimi prodejními organizacemi. S vysoce inovativními řešeními a silným vývojovým oddělením dokážeme držet krok s dynamikou trhu,“ vysvětluje Müller. Společnost Schmalz je díky svému rozsáhlému portfoliu manipulačních zařízení na této úrovni dobře připravena. Přesto je v oddělení vývoje v Glattenu ještě co zlepšovat. „Dynamika odvětví se odráží v požadavcích na naše konstruktéry a vývojáře: musí neustále přizpůsobovat manipulační systémy měnícím se výrobním krokům, dílům a materiálům, stejně jako novým povrchovým strukturám.“

Vstup do srdce palivového článku

Abyste pochopili, co Matthias Müller myslí, pomůže pohled do palivového článku, jehož konstrukce připomíná v zásadě baterii: Elektrolytová vrstva odděluje anodu a katodu a zajišťuje iontový transport. Tato membránová elektroda (MEA) je srdcem každého palivového článku. Zvenku následuje po jedné straně plynová difuzní vrstva, ke které se přiléhají bipolární desky.

Systémy, které v výrobě MEAs zasahují, musí být obzvlášť jemné k citlivým povrchům a ideálně zvládnout manipulaci se všemi komponenty. Proto Schmalz kombinuje několik vakuových okruhů a technologií uchopení, aby sekvenčně zachytil katalyticky potaženou membránu, plynovou difuzní vrstvu a těsnící rámeček. Vyšší průtok vzduchu a odolná, energeticky úsporná pneumatická vakuová generace pomocí kompaktních vakuových generátorů SCPM zabraňuje znečištění povrchů částicemi. „Tímto systémem lze pracovat i v čistých prostorách,“ vysvětluje Müller. Před deformací tenkých fólií chrání systém plochého uchopovacího principu, který kombinuje kontakt s velkou plochou s nízkou úrovní vakua a vysokým průtokem. Stejně jako při výrobě baterií musí být vakuový expert neustále zajišťovat bezpečné elektrostatické vybíjení – pomocí kontaktů v souladu s ESD.

Od BPP ke stacku

Bipolární desky (BPP) z kovu nebo grafitových materiálů obklopují MEAs. Jejich úkolem je vést vodík k anodě a kyslík ke katodě, stejně jako odvádět reakční vodu a přenášet tepelnou a elektrickou energii. Tvar jejich povrchů ovlivňuje účinnost pozdějšího palivového článku. Výzkum a vývoj jsou proto velmi dynamické. „Naše vývojové týmy musí držet krok s tímto tempem a přizpůsobovat naše uchopovače měnícím se formátům a strukturám,“ zdůrazňuje Müller.

Obecně Schmalz využívá ploché uchopovače pro bezpečné zacházení se strukturovanými proudovými poli. Dále integrované vakuové uchopovače zvyšují přípustnou boční sílu – BPP tak zůstává na místě i při vysokém zrychlení. Plastové části sacích desek a materiál HT1 u sacích uchopovačů chrání potažené povrchy před poškozením a chemickým znečištěním. Konvexní nebo konkávní tvarované kryty BPP bezpečně přilne k povrchům a díky vysoké síle uchopení je drží pevně. Integrované senzory spolehlivě rozpoznají jednotlivé díly, což je důležité i při skládání, tedy při spojování MEAs, plynových difuzních vrstev a bipolárních desek.

Vzhledem k různým komponentům je v tomto výrobním kroku k dispozici celé spektrum speciálních manipulačních zařízení od Schmalz: ploché uchopovače FLGR, proudové uchopovače SCG, bezkontaktní sací uchopovače SBS a konvenční vakuové uchopovače. Jejich různé technologie – ať už ploché nebo bezkontaktní uchopení – udržují nízký tlak na povrchu a povrchy jsou bez kontaminace. Současně drží krok s dynamikou výrobního procesu.

„Požadavky na výrobu palivových článků jsou podobné jako u výroby baterií – pracujeme s podobnými materiály. Jsou tenké, potažené a velmi citlivé. A držíme krok s vývojovou dynamikou – jak ve výzkumných projektech, tak ve sériové výrobě,“ shrnuje Matthias Müller. Po rozhovoru s vedoucím mezinárodního průmyslového managementu je jasné: ať už jde o „modrou“ vizi automobilek nebo o „zelený“ plán politiky – Schmalz modrá bude v automatizované výrobě palivových článků stále přítomná.