La pile à combustible connaît un essor ...

Manipulation des Bipolarplatten (BPP)

Greffe de surface FLGR avec un débit volumique élevé pour saisir en pleine surface des pièces sensibles telles que les arrangements d'électrodes à membrane (MEA) et les plaques bipolaires (BPP)

Grappin pour la manipulation en douceur des couches de diffusion de gaz (GDL)

Manipulation de pièces fortement structurées avec des percées

Manipulation sans défauts de films et de membranes (CCM)

Matthias Müller, Directeur des Ventes Internationales et Gestion des Secteurs et Comptes Clés Internationaux chez J. Schmalz GmbH

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

À partir de 2001, la situation est devenue instable pour les moteurs à combustion. Lors des IAA au début du XXIe siècle, de plus en plus de constructeurs automobiles ont orienté leur attention vers leur vision « bleue » de la mobilité future : des véhicules à propulsion par pile à combustible. Même des constructeurs allemands ont lancé des flottes d'essai sur les routes – silencieux, propres et aussi simples à manipuler que des voitures 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 des batteries comme stockage d'énergie, ce sont à nouveau les utilisateurs d'hydrogène qui sont sous les projecteurs. En avril 2021, une étude du VDE définit 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 de l'informatique a interrogé à cette fin des politiciens ainsi que des cadres du monde économique. 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 également 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, en Europe et 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 du management international des secteurs et comptes clés chez J. Schmalz GmbH. Son défi et celui de son équipe est de suivre tous les projets et de répondre au haut niveau d'innovation. « Nous y parvenons sans problème – grâce à notre gestion sectorielle. C’est notre pivot, qui détecte les contacts pertinents et accompagne 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 », précise Müller. L'entreprise de la Forêt-Noire est ainsi 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. « L'automatisation est cruciale ici, et c'est là que nous intervenons », ajoute Müller. Schmalz est bien équipé avec son portefeuille complet de pinces pour ce rôle. Cependant, il reste encore beaucoup à faire dans le département de développement à Glatten. « La dynamique du secteur se reflète dans les exigences de 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 sur 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 des ions. Cette configuration membrane-électrode (MEA) est le cœur de chaque pile à combustible. À l’extérieur, chaque côté est doté d’une couche de diffusion de gaz, contre laquelle viennent se plaquer 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 en séquence 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 grâce aux ejecteurs compacts SCPM, empêchent la présence de particules résiduelles sur les pièces. « Avec cela, notre système peut également être utilisé en salles blanches », explique Müller. Avant la déformation des fines films, le principe de préhension par contact complet du préhenseur à plaques, qui combine un contact de grande surface avec un faible niveau de vide et un débit élevé, offre une protection. Comme dans la production 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 graphiques 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 plaques pour la manipulation sûre des champs de flux structurés. Des pinces à vide intégrées augmentent la résistance à la force transversale – la BPP reste en place malgré les accélérations élevées. 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 capots de BPP, qu’ils soient convexes ou concaves, sont fermement aspirés par le système de succion SBS, qui les maintient avec ses forces de maintien élevées. Des capteurs intégrés reconnaissent également de manière claire les composants. 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 utilisée à cette étape de production : pinces à plaques FLGR, pinces à flux SCG, systèmes de succion SBS et pinces à vide conventionnelles. Leurs différentes technologies – qu’il s’agisse de préhension en surface ou sans contact – maintiennent une faible pression de surface 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 – car nous manipulons des matériaux comparables. Ils sont fins, revêtus et donc extrêmement sensibles. Et nous suivons le rythme de l’évolution – aussi bien dans les projets de recherche que dans la production en série », résume Matthias Müller. Après avoir discuté avec le responsable du management sectoriel international, il est clair : que ce soit pour la vision « bleue » des constructeurs ou le plan « vert » des politiques – le Schmalzblau brillera à plusieurs reprises dans la production automatisée de piles à combustible.