Il settore delle celle a combustibile sta vivendo un boom ...

Gestione delle piastre bipolari (BPP)

Flächengreifer FLGR con elevato flusso volumetrico per afferrare completamente pezzi di lavoro sensibili come disposizioni di elettrodi a membrana (MEA) e piastre bipolari (BPP)

Manipolatori per la movimentazione delicata di strati di diffusione del gas (GDL)

Gestione di pezzi altamente strutturati con aperture

Manipolazione senza difetti di pellicole e membrane (CCM)

Matthias Müller, Responsabile vendite internazionali e gestione dei settori e dei clienti chiave internazionali presso 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 affermando ormai come una via praticabile per le strategie di zero emissioni. Lo sviluppo dell'hardware e della produzione automatizzata è quindi molto dinamico. Qui interviene Schmalz e adatta i suoi sistemi di movimentazione alle esigenze in continuo cambiamento – nuovi passaggi di processo, superfici e materiali.

Dal 2001 si è fatto sentire un fermento 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 svanita dall'attenzione pubblica. Dopo anni di sostegno alla mobilità elettrica con batterie come accumuli di energia, ora tornano sotto i riflettori 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 auto, batteria o cella a combustibile per camion e E-Fuels per veicoli esistenti, motorsport e auto d'epoca. L'associazione di elettrotecnica, 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 i diversi componenti e gruppi di assemblaggio.

"La cella a combustibile è attualmente un tema molto dinamico. Soprattutto in Germania e in Europa, così come in alcuni paesi asiatici, i programmi di finanziamento fanno emergere nuovi attori e i grandi nomi si consolidano ulteriormente", afferma Matthias Müller, responsabile vendite internazionali e gestione dei clienti chiave presso J. Schmalz GmbH. La sfida per lui e il suo team è di essere sempre aggiornati su tutti i progetti e di 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 stretta collaborazione 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 connessa: Schmalz collabora da decenni con i 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 gripper, è ben preparata per questo ruolo. Eppure, ci sono 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 ai cambiamenti nei passaggi di produzione, ai materiali e 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 fondamentalmente 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, delle piastre bipolari.

I sistemi che accedono alla produzione delle MEA devono essere particolarmente delicati con le superfici sensibili e, idealmente, maneggiare tutti i 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 dal punto di vista energetico e di usura tramite gli attuatori compatti SCPM evitano residui di particelle sui componenti. "Con questo sistema, possiamo anche operare in ambienti puliti", spiega Müller. Prima della deformazione delle sottili pellicole, protegge il principio di presa a superficie completa del gripper a piastra, che combina contatto su ampia superficie con un basso livello di vuoto e un alto flusso volumetrico. Come nella produzione di batterie, anche l'esperto di vuoto deve garantire continuamente uno scarico elettrostatico sicuro – tramite 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 di condurre l'idrogeno verso l'anodo e l'ossigeno verso la 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. La ricerca e lo sviluppo sono quindi molto dinamici. "Il nostro sviluppo deve tenere il passo con questo ritmo e adattare i nostri gripper ai formati e alle strutture in evoluzione", sottolinea Müller.

In linea di principio, Schmalz utilizza gripper a superficie completa per la manipolazione sicura dei campi di flusso strutturati. Inoltre, i gripper a ventosa integrati aumentano la capacità di resistere alle forze trasversali – così, la BPP rimane stabile nonostante le alte accelerazioni. La plastica delle piastre di aspirazione e il materiale HT1 dei gripper proteggono le superfici rivestite da danni e residui chimici. Le coperture convexe o concave delle BPP vengono saldamente aspirate dal vuotista SBS e fissate con le sue elevate forze di tenuta. Sensori integrati riconoscono inoltre i componenti in modo univoco. Questi sono importanti anche durante l'assemblaggio, cioè l'unione delle MEA, degli strati di diffusione del gas e delle piastre bipolari.

In base ai diversi componenti, l'intera gamma di gripper speciali di Schmalz si trova in questa fase di produzione: gripper a superficie completa FLGR, gripper a flusso SCG, il vuotista SBS e i gripper a vuoto convenzionali. Le loro tecnologie diverse – sia di presa a superficie completa che di presa senza contatto – mantengono la pressione superficiale bassa e le superfici prive di contaminazioni. Allo stesso tempo, seguono la dinamicità del processo produttivo.

"Le esigenze nella produzione di celle a combustibile sono simili a quelle nella produzione di batterie – qui 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 Müller. Dopo aver parlato con il responsabile del management di settore internazionale, è chiaro: che si tratti della visione "blu" delle case automobilistiche o del piano "verde" della politica – il blu Schmalz continuerà a brillare nella produzione automatizzata di celle a combustibile.