La pila de combustible está en auge ...

Manejo de placas bipolares (BPP)

Flächengreifer FLGR con alto caudal de volumen para agarrar a pleno contacto piezas sensibles como arreglos de membrana-electrodo (MEA) y placas bipolares (BPP)

Pinzas para la manipulación suave de capas de difusión de gas (GDL)

Manejo de piezas de trabajo altamente estructuradas con aberturas

Manipulación sin defectos de láminas y membranas (CCM)

Matthias Müller, Jefe de Ventas Internacionales y Gestión Internacional de Sectores y Cuentas Clave en J. Schmalz GmbH

La pila de combustible es una solución seria para la movilidad sin emisiones. Durante mucho tiempo desaparecida de la vista, ahora se está consolidando como una vía viable para las estrategias de cero emisiones. La evolución del hardware y la fabricación automatizada es bastante dinámica. Aquí interviene Schmalz, adaptando sus sistemas de manipulación a las demandas en constante cambio: 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 futura: vehículos con propulsión de pila de combustible. Incluso los fabricantes alemanes enviaron flotas de prueba a las calles, silenciosos, limpios y con medidas de seguridad, tan fáciles de manejar como los gasolina o diésel. Luego, la pila de combustible se apartó de la atención pública. Tras años de promoción de la movilidad eléctrica con baterías como almacenamiento de energía, ahora vuelven a protagonizarse los usuarios de hidrógeno. En un estudio, la VDE en abril de 2021 define el «portafolio de propulsión del futuro» como una mezcla orientada a la demanda: batería para coches, batería o pila de combustible para camiones y E-Fuels para vehículos existentes, deportes de motor y coches clásicos. La Asociación de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Tecnologías de la Información (VDE) consultó a políticos y directivos del sector. La realidad es: la pila de combustible se está consolidando y representa una oportunidad para conducir sin emisiones y para la economía en Alemania. Para una producción eficiente, también se necesitan sistemas de agarre automatizados que manipulen de forma suave y segura los diferentes componentes y conjuntos.

«La pila de combustible es actualmente un tema muy dinámico. Sobre todo en Alemania y Europa, así como en algunos países asiáticos, los programas de financiación están surgiendo nuevos actores y los grandes conocidos continúan consolidándose», dice Matthias Müller, jefe de Ventas Internacional y Gestión de 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 referencia, 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 pilas 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 rol. Sin embargo, en el departamento de desarrollo en Glatten hay mucho por hacer. «La dinámica del sector se refleja en los requisitos para nuestros diseñadores y desarrolladores: 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.»

Un golpe en el corazón de la pila de combustible

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

Los sistemas que acceden en la fabricación de las MEAs deben ser especialmente suaves con las superficies sensibles y, idealmente, manipular todos los componentes. Por eso, Schmalz combina varios circuitos de vacío y tecnologías de agarre para recoger secuencialmente la membrana recubierta de catalizador, la capa de difusión de gases y el marco de sellado. Un alto caudal 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 bajo nivel de vacío y un alto caudal, protege las láminas. Como en la producción de baterías, el experto en vacío debe garantizar una descarga electrostática segura, mediante superficies de contacto conformes a ESD.

De la BPP al stack

Las placas bipolares (BPP) de metales o materiales de grafito enmarcan las MEAs. Su función: conducir hidrógeno hacia el ánodo y oxígeno hacia la cátodo, así como eliminar el agua de reacción y gestionar la energía térmica y eléctrica. La forma de sus superficies influye en la eficiencia de la futura pila 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», señala 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, de modo que la BPP permanezca en su lugar pese a 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 cubiertas convexas o cóncavas de las BPP son sujetadas firmemente por el aspirador flotante SBS y se colocan con sus altas fuerzas de retención. Sensores integrados identifican claramente las piezas, lo cual también es importante 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 emplea 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 de agarre total 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 pilas de combustible son similares a las de la fabricación de baterías, ya que manejamos materiales comparables. Son finos, recubiertos y extremadamente delicados. Y seguimos el ritmo de la dinámica de desarrollo, tanto en proyectos de investigación como en la producción en serie», resume Müller. Tras la conversación con el responsable 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 pilas de combustible.