La pila de combustible está en auge – y Schmalz aprovecha la oportunidad

Manejo de placas bipolares (BPP) (Imagen: J. Schmalz GmbH)

Aspirador de superficie FLGR con alto caudal para agarrar en toda la superficie piezas sensibles como arreglos de membrana-electrodo (MEA) y placas bipolares (BPP) (Imagen: J. Schmalz GmbH)

Grapas para el manejo suave de capas de difusión de gas (GDL) (Imagen: J. Schmalz GmbH)

Manejo de piezas de trabajo con estructuras muy definidas y aberturas (Imagen: J. Schmalz GmbH)

Manipulación sin defectos de láminas y membranas (CCM) (Imagen: J. Schmalz GmbH)

La célula de combustible es una solución seria para la movilidad sin emisiones. Después de haber desaparecido durante mucho tiempo de las noticias, ahora se está consolidando como una vía viable para las estrategias de cero emisiones. La evolución del hardware y de la fabricación automatizada es bastante dinámica. Aquí interviene Schmalz, adaptando sus sistemas de manipulación a las demandas que cambian constantemente — nuevos pasos de proceso, superficies y materiales.

A partir de 2001, la situación entre los motores de combustión se volvió inestable. En las ferias IAA a principios del siglo XXI, cada vez más fabricantes de automóviles dirigían su atención a su visión «azul» de la movilidad del futuro: vehículos con propulsión de celdas de combustible. Incluso fabricantes alemanes lanzaron flotas de prueba en las calles — silenciosos, limpios y tan fáciles de manejar como los gasolina o diésel, respetando algunas medidas de seguridad. Luego, la célula de combustible quedó fuera del foco público. Tras años de promoción de la movilidad eléctrica con baterías como almacenamiento de energía, ahora vuelven a destacar los usuarios de hidrógeno. En un estudio, el VDE en abril de 2021 define el «portafolio de propulsión del futuro» como una mezcla basada en necesidades: batería para coches, batería o célula de combustible para camiones y combustibles sintéticos (E-Fuels) para vehículos existentes, deportes de motor y coches clásicos. La asociación de ingeniería eléctrica, electrónica y tecnología de la información (VDE) consultó a políticos y ejecutivos del sector. Lo que es un hecho: la célula de combustible se está consolidando y representa una oportunidad para la conducción sin emisiones y para la economía en Alemania. Para una producción eficiente, también se necesitan sistemas de agarre automatizados que manejen de manera suave y segura los diferentes componentes y conjuntos.

«La célula de combustible es actualmente un tema de alta dinámica. Sobre todo en Alemania y Europa, así como en algunos países de Asia, los programas de apoyo están surgiendo nuevos actores y los grandes conocidos continúan consolidándose», dice Matthias Müller, jefe de ventas internacionales y gestión internacional de sectores y cuentas clave en J. Schmalz GmbH. El desafío para él y su equipo es estar al tanto de todos los proyectos y poder atender el alto grado de innovación. «Lo logramos sin problemas — gracias a nuestra gestión sectorial. Es nuestro punto de partida, que descubre contactos relevantes y atiende a los clientes de manera profesional. Detrás del éxito está la colaboración muy estrecha con nuestras organizaciones de ventas. Con soluciones altamente innovadoras y un departamento de desarrollo fuerte, podemos seguir la dinámica del mercado», explica Müller. La empresa de la Selva Negra está muy bien conectada: lleva décadas colaborando con fabricantes de automóviles y participando en proyectos de investigación nacionales. El objetivo: la producción en serie económica de celdas de combustible. «Aquí, la automatización es decisiva, y ahí entramos nosotros», añade Müller. Schmalz está bien preparado con su amplia gama de pinzas para este papel. Sin embargo, en el departamento de desarrollo en Glatten todavía hay mucho por hacer. «La dinámica del sector se refleja en los requisitos para nuestros diseñadores e ingenieros: deben adaptar continuamente los sistemas de agarre a los cambios en los pasos de producción, piezas y materiales, así como a nuevas estructuras de superficies.»

Una mirada al corazón de la célula de combustible

Para entender lo que quiere decir Matthias Müller, ayuda mirar dentro de una célula de combustible, cuya estructura en principio recuerda a una batería: una capa electrolítica separa el ánodo y el cátodo y asegura el transporte de iones. Esta disposición de membrana-electrodos (MEA) es el corazón de cada célula de combustible. En el exterior, sigue una capa de difusión de gases, a la que se acoplan las placas bipolares.

Los sistemas que acceden en la fabricación de las MEAs deben ser especialmente suaves con las superficies sensibles y, idealmente, manejar todos los componentes. Por eso, Schmalz combina varios circuitos de vacío y tecnologías de agarre para captar secuencialmente la membrana recubierta de catalizador, la capa de difusión de gases y el marco de sellado. Un alto flujo volumétrico y la generación de vacío neumática, eficiente en desgaste y energía, mediante los compactos SCPM, evitan residuos de partículas en las piezas. «Con esto, nuestro sistema también puede usarse en salas limpias», explica Müller. Antes de deformar las finas láminas, el principio de agarre de la pinza de superficie, que combina contacto amplio con un nivel de vacío bajo y un alto flujo volumétrico, protege las láminas. Como en la producción de baterías, el experto en vacío debe garantizar continuamente una descarga electrostática segura, usando superficies de contacto conformes a ESD.

De la BPP al stack

Las placas bipolares (BPP), hechas de metal o grafito, enmarcan las MEAs. Su función: conducir el hidrógeno hacia el ánodo y el oxígeno hacia el cátodo, así como evacuar el agua de reacción y disipar la energía térmica y eléctrica. La forma de sus superficies influye en la eficiencia de la futura célula de combustible. La investigación y el desarrollo son, por tanto, muy dinámicos. «Nuestro desarrollo debe mantenerse a este ritmo y adaptar nuestros sistemas de agarre a los cambios en formatos y estructuras», destaca Müller.

En principio, Schmalz utiliza pinzas de superficie para la manipulación segura de los campos de flujo estructurados. Además, las pinzas de succión integradas aumentan la resistencia a la fuerza transversal permitida — así, la BPP permanece en su lugar a pesar de altas aceleraciones. El plástico de las placas de succión y el material HT1 de las pinzas protegen las superficies recubiertas de daños y residuos químicos. Las celdas bipolares con forma convexa o cóncava son sujetadas firmemente por el aspirador flotante SBS y, con sus altas fuerzas de retención, se colocan con precisión. Sensores integrados también reconocen claramente las piezas. Esto es importante también en la fabricación en pila, es decir, en la unión de las MEAs, las capas de difusión de gases y las placas bipolares.

Dependiendo de los componentes, en esta etapa de producción se encuentra toda la gama de pinzas especiales de Schmalz: pinzas de superficie FLGR, pinzas de flujo SCG, aspiradores flotantes SBS y pinzas de vacío convencionales. Sus diferentes tecnologías — ya sea agarre de superficie completa o sin contacto — mantienen la presión superficial baja y las superficies libres de contaminación. Al mismo tiempo, siguen el ritmo de la dinámica del proceso de producción.

«Las exigencias en la producción de celdas de combustible son similares a las de la fabricación de baterías — aquí manejamos materiales comparables. Son finos, recubiertos y extremadamente sensibles. Y seguimos el ritmo de la dinámica de desarrollo — tanto en proyectos de investigación como en la producción en serie», resume Matthias Müller. Tras la conversación con el jefe de gestión sectorial internacional, queda claro: ya sea la visión «azul» de los fabricantes de automóviles o el plan «verde» de los políticos, el azul de Schmalz seguirá brillando en la producción automatizada de celdas de combustible.