La pile à combustible connaît un essor – et la graisse s'en empare

Manipulation des plaques bipolaires (BPP) (Bild: J. Schmalz GmbH)

Greifer de surface FLGR avec un débit volumique élevé pour la prise en pleine surface de pièces sensibles telles que les arrangements d'électrodes à membrane (MEA) et les plaques bipolaires (BPP) (Image : J. Schmalz GmbH)

Prise pour la manipulation douce des couches de diffusion de gaz (GDL) (Image : J. Schmalz GmbH)

Manipulation de pièces fortement structurées avec des percées (Image : J. Schmalz GmbH)

Manipulation sans défauts de films et de membranes (CCM) (Image : J. Schmalz GmbH)

La pile à combustible est une solution sérieuse pour une mobilité sans émissions. Longtemps absente du paysage médiatique, elle s’impose désormais comme une voie viable pour les stratégies zéro émission. La développement du matériel et de la fabrication automatisée est donc très dynamique. Ici, Schmalz intervient en adaptant ses systèmes de manipulation aux exigences en constante évolution – nouvelles étapes de processus, surfaces et matériaux.

À partir de 2001, le climat s’est intensifié chez les motorisations thermiques. Lors des IAA au début du 21e siècle, de plus en plus de constructeurs automobiles orientaient leur attention vers leur vision « bleue » de la mobilité future : des véhicules à motorisation à pile à combustible. Même les constructeurs allemands ont lancé des flottes d’essai sur les routes – silencieux, propres et aussi simples à manipuler que les moteurs à essence ou diesel, tout en respectant certaines mesures de sécurité. Puis, la pile à combustible a échappé à l’attention publique. Après des années de soutien à la mobilité électrique avec batteries comme stockage d’énergie, ce sont à nouveau les utilisateurs d’hydrogène qui sont sous les projecteurs. Dans une étude, le VDE définit en avril 2021 le « portefeuille de propulsion du futur » comme un mélange basé sur les besoins : batterie pour voitures particulières, batterie ou pile à combustible pour camions, et E-Fuels pour véhicules existants, motorsport et voitures anciennes. L’association de l’électrotechnique, de l’électronique et des technologies de l’information a interrogé à cette fin des politiciens et des cadres du secteur privé. Le fait est : la pile à combustible s’impose et constitue une opportunité pour une conduite sans émission et pour l’économie en Allemagne. Pour une production efficace, il faut aussi des systèmes de préhension automatisés, capables de manipuler en douceur et en toute sécurité les différentes composants et sous-ensembles.

« La pile à combustible est actuellement un sujet très dynamique. Surtout en Allemagne et en Europe, ainsi que dans certains pays d’Asie, les programmes de subventions font émerger de nouveaux acteurs, tandis que les grands noms continuent à s’établir », explique Matthias Müller, responsable des ventes internationales et de la gestion des grands comptes chez J. Schmalz GmbH. Le défi pour lui et son équipe est de rester à jour sur tous les projets et de répondre à leur haut degré d’innovation. « Nous y parvenons sans problème – grâce à notre gestion sectorielle. C’est notre pivot, qui permet de détecter les contacts pertinents et d’accompagner les clients de manière professionnelle. Derrière ce succès, il y a une collaboration très étroite avec nos organisations de vente. Avec des solutions hautement innovantes et un département de développement solide, nous pouvons suivre la dynamique du marché », explique Müller. L’entreprise noireforêt est donc très bien connectée : Schmalz collabore depuis des décennies avec des constructeurs automobiles et participe à des projets de recherche nationaux. L’objectif : la production en série économique de piles à combustible. « Ici, l’automatisation est essentielle, et c’est là que nous intervenons », ajoute Müller. Schmalz est bien positionné avec son portefeuille complet de pinces pour ce rôle. Et pourtant, il reste beaucoup à faire dans le département de développement à Glatten. « La dynamique du secteur se reflète dans les exigences envers nos concepteurs et développeurs : ils doivent adapter en permanence les systèmes de préhension aux étapes de production modifiées, aux pièces et matériaux, ainsi qu’aux nouvelles structures de surface. »

Une plongée au cœur de la pile à combustible

Pour comprendre ce que Matthias Müller veut dire, un regard dans une pile à combustible, dont la structure rappelle en principe une batterie, est utile : une couche d’électrolyte sépare l’anode de la cathode et assure le transport d’ions. Cette configuration membrane-électrode (MEA) est le cœur de chaque pile à combustible. À l’extérieur, suivent une couche de diffusion de gaz, à laquelle se nichent à leur tour des plaques bipolaires.

Les systèmes qui interviennent dans la fabrication des MEAs doivent être particulièrement doux avec les surfaces sensibles et idéalement manipuler tous les composants. C’est pourquoi Schmalz combine plusieurs circuits de vide et technologies de préhension pour prendre séquentiellement la membrane recouverte de catalyseur, la couche de diffusion de gaz ainsi que le cadre d’étanchéité. Un débit volumique élevé et la génération de vide pneumatique, efficace en termes d’usure et d’énergie, via les actionneurs compacts SCPM, empêchent la présence de particules résiduelles sur les pièces. « Avec cela, notre système peut également être utilisé en salle blanche », explique Müller. Avant la déformation des fines feuilles, le principe de préhension par contact complet du pinceur de surface, qui combine contact étendu avec un faible niveau de vide et un débit volumique élevé, offre une protection. Comme dans la fabrication de batteries, l’expert en vide doit assurer en permanence une décharge électrostatique sûre – à l’aide de surfaces de contact conformes aux normes ESD.

Du BPP au stack

Les plaques bipolaires (BPP), en métal ou en matériaux graphite, encadrent les MEAs. Leur rôle : conduire l’hydrogène vers l’anode et l’oxygène vers la cathode, ainsi que l’évacuation de l’eau de réaction et la dissipation de l’énergie thermique et électrique. La conception de leurs surfaces influence le rendement de la future pile à combustible. La recherche et le développement sont donc très dynamiques. « Notre développement doit suivre ce rythme et adapter nos pinces aux formats et structures en constante évolution », souligne Müller.

En principe, Schmalz utilise des pinces à surface pour la manipulation sûre des champs de flux structurés. Des pinces à vide intégrées augmentent la résistance à la force transversale – ainsi, la BPP reste en place malgré une accélération élevée. Le plastique des plaques de succion ainsi que le matériau HT1 des pinces à vide protègent les surfaces revêtues contre les dommages et les résidus chimiques. Les demi-coques de BPP, qu’elles soient convexes ou concaves, sont fermement aspirées par le système de succion SBS et maintenues avec ses forces de maintien élevées. Des capteurs intégrés détectent également de manière précise les pièces. Ceux-ci sont également importants lors de la fabrication en pile, c’est-à-dire lors de l’assemblage des MEAs, des couches de diffusion de gaz et des plaques bipolaires.

Selon les composants, toute la gamme de pinces spécialisées de Schmalz est présente dans cette étape de production : pinces à surface FLGR, pinces à flux SCG, système de succion SBS et pinces à vide conventionnelles. Leurs différentes technologies – qu’il s’agisse de préhension totale ou sans contact – maintiennent la pression de surface faible et évitent la contamination des surfaces. En même temps, elles suivent la dynamique du processus de production.

« Les exigences pour la production de piles à combustible sont similaires à celles pour la fabrication de batteries – puisque nous manipulons ici des matériaux comparables. Ils sont fins, revêtus et donc extrêmement sensibles. Et nous suivons la dynamique de développement – tant dans les projets de recherche que dans la production en série », résume Matthias Müller. Après avoir discuté avec le responsable de la gestion sectorielle internationale, il est clair : que ce soit pour la vision « bleue » des constructeurs automobiles ou le plan « vert » des politiques, le Schmalzblau brillera à plusieurs reprises dans la production automatisée de piles à combustible.