Il boom delle celle a combustibile – e lo strutto si fa avanti

Gestione delle piastre bipolari (BPP) (Immagine: J. Schmalz GmbH)

Greifer a superficie FLGR con elevato flusso volumetrico per afferrare completamente pezzi sensibili come le disposizioni di membrane-elettrodi (MEA) e le piastre bipolari (BPP) (Immagine: J. Schmalz GmbH)

Pinze per la manipolazione delicata di strati di diffusione del gas (GDL) (Immagine: J. Schmalz GmbH)

Gestione di componenti fortemente strutturati con aperture (Immagine: J. Schmalz GmbH)

Manipolazione senza difetti di pellicole e membrane (CCM) (Immagine: J. Schmalz GmbH)

La cella a combustibile è una soluzione seria per la mobilità a zero emissioni. Dopo essere stata a lungo scomparsa dall'immagine pubblica, si sta ormai affermando come una via praticabile per le strategie di zero emissioni. Di conseguenza, lo sviluppo dell'hardware e della produzione automatizzata è molto dinamico. Qui interviene Schmalz e adatta i suoi sistemi di manipolazione alle esigenze in continua evoluzione – nuovi passaggi di processo, superfici e materiali.

Dal 2001 si sono fatte sentire le prime tensioni tra i motori a combustione. All'IAA all'inizio del XXI secolo, sempre più costruttori automobilistici hanno rivolto l'attenzione alla loro visione "blu" della mobilità futura: veicoli con alimentazione a celle a combustibile. Anche i costruttori tedeschi hanno inviato flotte di prova sulle strade – silenziosi, puliti e facili da maneggiare come benzina o diesel, rispettando alcune misure di sicurezza. Poi, la cella a combustibile è uscita dall'attenzione pubblica. Dopo anni di sostegno alla mobilità elettrica con batterie come accumuli di energia, ora tornano in primo piano gli utenti di idrogeno. In uno studio, il VDE nel aprile 2021 definisce il "portafoglio di propulsione del futuro" come un mix orientato alla domanda: batteria per autovetture, batteria o cella a combustibile per camion e E-Fuels per veicoli esistenti, motorsport e auto d'epoca. L'associazione di tecnologia elettrica, elettronica e informatica ha intervistato politici e dirigenti aziendali. È un dato di fatto: la cella a combustibile si sta affermando ed è un'opportunità per la guida senza emissioni e per l'economia in Germania. Per una produzione efficiente sono necessari anche sistemi di presa automatizzati, che maneggino con delicatezza e sicurezza le diverse componenti e assemblaggi.

“La cella a combustibile è attualmente un tema altamente dinamico. Soprattutto in Germania e in Europa, così come in alcuni paesi asiatici, i programmi di finanziamento stanno facendo emergere nuovi attori e i grandi nomi si stanno ulteriormente affermando”, afferma Matthias Müller, responsabile vendite internazionali e gestione dei settori e dei clienti chiave presso J. Schmalz GmbH. La sfida per lui e il suo team è essere sempre aggiornati su tutti i progetti e poter soddisfare l'alto livello di innovazione. “Ce la facciamo senza problemi – grazie alla nostra gestione di settore. È il nostro punto di riferimento, che scopre contatti rilevanti e si prende cura dei clienti in modo professionale. Dietro il successo c'è una collaborazione molto stretta con le nostre organizzazioni di vendita. Con soluzioni altamente innovative e un forte reparto di sviluppo, possiamo seguire la dinamicità del mercato”, spiega Müller. La società neraforesta è molto ben collegata: da decenni collabora con costruttori di automobili e partecipa a progetti di ricerca nazionali. L'obiettivo: la produzione in serie economica di celle a combustibile. “Qui l'automazione è decisiva, ed è qui che entriamo in gioco”, aggiunge Müller. Schmalz, con il suo ampio portafoglio di pinze, è ben preparata per questo ruolo. Eppure, ci sono ancora molte cose da fare nel reparto di sviluppo a Glatten. “La dinamicità del settore si riflette nelle esigenze dei nostri progettisti e sviluppatori: devono adattare continuamente i sistemi di presa alle variazioni nei passaggi di produzione, ai pezzi e ai materiali, così come alle nuove strutture superficiali.”

Un colpo al cuore della cella a combustibile

Per capire cosa intende Matthias Müller, basta dare uno sguardo a una cella a combustibile, la cui struttura ricorda in principio una batteria: uno strato elettrolitico separa anodo e catodo e garantisce il trasporto di ioni. Questa disposizione membrana-elettrodo (MEA) è il cuore di ogni cella a combustibile. All'esterno, seguono uno strato di diffusione del gas e, a loro volta, piastre bipolari che si adattano ad esso.

I sistemi che accedono alla produzione delle MEA devono essere particolarmente delicati con le superfici sensibili e, idealmente, maneggiare tutte le componenti. Per questo, Schmalz combina più circuiti di vuoto e tecnologie di presa per sequenziare l'assorbimento della membrana rivestita di catalizzatore, dello strato di diffusione del gas e del telaio sigillante. Un elevato flusso volumetrico e la generazione di vuoto pneumatico efficiente in termini di usura ed energia, attraverso gli ejector compatti SCPM, evitano residui di particelle sui pezzi. “Con questo sistema, possiamo anche operare in ambienti puliti”, spiega Müller. Prima della deformazione delle sottili pellicole, il principio di presa a tutta superficie del pinza a piastra, che combina contatto su tutta la superficie con un basso livello di vuoto e un alto flusso volumetrico, protegge le pellicole sottili. Come nella produzione di batterie, anche l'esperto di vuoto deve garantire costantemente uno scarico elettrostatico sicuro – utilizzando superfici di contatto conformi agli standard ESD.

Dalla BPP allo stack

Le piastre bipolari (BPP) in metallo o grafite racchiudono le MEA. Il loro compito è condurre l'idrogeno verso l'anodo e l'ossigeno verso il catodo, oltre a rimuovere l'acqua di reazione e a dissipare energia termica ed elettrica. La progettazione delle loro superfici influisce sull'efficienza della successiva cella a combustibile. Di conseguenza, ricerca e sviluppo sono molto dinamici. “Il nostro sviluppo deve tenere il passo con questo ritmo e adattare le nostre pinze ai formati e alle strutture in evoluzione”, sottolinea Müller.

In linea di principio, Schmalz utilizza pinze a piastra per la manipolazione sicura dei campi di flusso strutturati. Inoltre, pinze a ventosa integrate aumentano la resistenza alla forza trasversale – così, la BPP rimane stabile nonostante le alte accelerazioni. Il materiale plastico delle piastre a ventosa e il materiale HT1 delle pinze a ventosa proteggono le superfici rivestite da danni e residui chimici. Le coperture a forma convessa o concava delle BPP vengono saldamente aspirate dal vuoto del sistema di presa a sospensione e fissate con le elevate forze di tenuta. Sensori integrati riconoscono chiaramente i componenti. Questi sono importanti anche nella produzione di pile, cioè nell'assemblaggio di MEA, strati di diffusione del gas e piastre bipolari.

In base alle diverse componenti, l'intera gamma di pinze speciali di Schmalz si trova in questa fase di produzione: pinze a piastra FLGR, pinze a flusso SCG, pinze a sospensione SBS e pinze a vuoto convenzionali. Le loro diverse tecnologie – sia di presa a tutta superficie che senza contatto – mantengono basse le pressioni superficiali e le superfici prive di contaminazioni. Allo stesso tempo, seguono la dinamicità del processo di produzione.

“Le esigenze nella produzione di celle a combustibile sono simili a quelle nella produzione di batterie – trattiamo materiali comparabili. Sono sottili, rivestiti e quindi estremamente sensibili. E seguiamo il ritmo della dinamica di sviluppo – sia nei progetti di ricerca che nella produzione in serie”, riassume Matthias Müller. Dopo aver parlato con il responsabile della gestione internazionale del settore, è chiaro: sia che si tratti della visione "blu" dei costruttori di automobili, sia del piano "verde" della politica – il blu Schmalz continuerà a brillare nella produzione automatizzata di celle a combustibile.