Rozkwit ogniw paliwowych – a Schmalz sięga po nie

Obsługa płyt bipolarnych (BPP) (Zdjęcie: J. Schmalz GmbH)

Flächengreifer FLGR mit hohem Volumenstrom zum vollflächigen Greifen von sensiblen Werkstücken wie Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) und Bipolarplatten (BPP) (Bild: J. Schmalz GmbH)

Chwytaki do delikatowego obsługi warstw dyfuzji gazów (GDL) (Zdjęcie: J. Schmalz GmbH)

Obsługa silnie strukturalnych elementów z otworami (zdjęcie: J. Schmalz GmbH)

Fehlerfreie Handhabung von Folien und Membranen (CCM) (Bild: J. Schmalz GmbH)

Ogniwo paliwowe to poważne rozwiązanie dla emisji wolnej mobilności. Choć przez długi czas znikało z ekranów, obecnie wykuwa się jako realna droga dla strategii zeroemisyjnych. W związku z tym rozwój sprzętu i zautomatyzowanej produkcji jest bardzo dynamiczny. Firma Schmalz sięga po to i dostosowuje swoje systemy obsługi do stale zmieniających się wymagań – nowe kroki procesowe, powierzchnie i materiały.

Od 2001 roku zaczęło się niepokojąco dziać wśród silników spalinowych. Na IAA na początku XXI wieku coraz więcej producentów samochodów kierowało uwagę na swoją „niebieską” wizję mobilności przyszłości: pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi. Również niemieccy producenci aut wysyłali na drogi floty testowe – ciche, czyste i równie łatwe w obsłudze jak benzynowe czy dieslowskie, z zachowaniem pewnych środków bezpieczeństwa. Potem ogniwo paliwowe wycofało się z uwagi publicznej uwagi. Po latach wspierania elektromobilności z bateriami jako magazynami energii, ponownie na pierwszy plan wyszli użytkownicy wodoru. W badaniu przeprowadzonym w kwietniu 2021 roku przez VDE zdefiniowano „portfel napędów przyszłości” jako mieszankę opartą na potrzebach: bateria dla samochodów osobowych, bateria lub ogniwo paliwowe dla ciężarówek oraz E-fuels dla istniejących pojazdów, sportów motorowych i klasyków. Związek Elektrotechniki, Elektroniki i Technologii Informacyjnej (VDE) zapytał w tym celu polityków i kierownictwo firm. Fakt jest taki: ogniwo paliwowe się rozwija i stanowi szansę na bezemisyjną jazdę i gospodarkę w Niemczech. Do efektywnej produkcji potrzebne są również zautomatyzowane systemy chwytakowe, które delikatnie i bezpiecznie obsługują różne komponenty i zespoły.

„Ogniwo paliwowe jest obecnie tematem bardzo dynamicznym. Zwłaszcza w Niemczech i Europie, a także w niektórych krajach Azji, programy wsparcia tworzą nowych graczy, a znane firmy dalej się rozwijają” – mówi Matthias Müller, kierownik sprzedaży międzynarodowej i międzynarodowego zarządzania branżowego i kluczowych klientów w firmie J. Schmalz GmbH. Wyzwaniem dla niego i jego zespołu jest być na bieżąco ze wszystkimi projektami i sprostać wysokiemu poziomowi innowacyjności. „Robimy to bez problemu – dzięki naszemu zarządzaniu branżowemu. To jest nasz punkt odniesienia, który wykrywa istotne kontakty i fachowo obsługuje klientów. Za sukcesem stoi bardzo ścisła współpraca z naszymi organizacjami sprzedażowymi. Dzięki innowacyjnym rozwiązaniom i silnemu działowi rozwoju możemy nadążać za dynamiką rynku” – wyjaśnia Müller. Firma Schwarzwaldu jest mocno powiązana sieciowo: od dziesięcioleci współpracuje z producentami samochodów i bierze udział w krajowych projektach badawczych. Celem jest: ekonomiczna seryjna produkcja ogniw paliwowych. „Tutaj kluczowa jest automatyzacja, i to właśnie w tym zakresie wchodzimy do gry” – dodaje Müller. Schmalz jest dobrze przygotowany z szerokim portfolio chwytaków do tej roli. Mimo to w dziale rozwoju w Glatten jest jeszcze wiele do zrobienia. „Dynamika branży odzwierciedla się w wymaganiach wobec naszych konstruktorów i inżynierów: muszą oni nieustannie dostosowywać systemy chwytakowe do zmieniających się kroków produkcyjnych, elementów i materiałów, a także nowych struktur powierzchni.”

Wkład w serce ogniwa paliwowego

Aby zrozumieć, co Matthias Müller ma na myśli, pomocny jest wgląd w ogniwo paliwowe, którego budowa zasadniczo przypomina baterię: warstwa elektrolitu oddziela anodę od katody i zapewnia transport jonów. Ta membranowo-elektrodowa (MEA) jest sercem każdego ogniwa paliwowego. Na zewnątrz znajduje się po jednej stronie warstwa dyfuzji gazów, do której przylegają z kolei płyty bipolowe.

Systemy, które korzystają w produkcji z MEA, muszą być szczególnie delikatne dla wrażliwych powierzchni i najlepiej obsługiwać wszystkie komponenty. Dlatego Schmalz łączy kilka obiegów próżniowych i technologii chwytaków, aby sekwencyjnie pobierać pokrytą katalizatorem membranę, warstwę dyfuzji gazów oraz ramki uszczelniające. Wysoki przepływ objętościowy i pneumatyczne wytwarzanie próżni, energooszczędne i odporne na zużycie, dzięki kompaktowym elementom SCPM zapobiegają pozostawianiu cząstek na elementach. „Dzięki temu nasze systemy mogą być również używane w czystych pomieszczeniach” – wyjaśnia Müller. Przed odkształceniem cienkich folii chroni pełne kontaktowe zasysanie powierzchniowe, które łączy kontakt z niskim poziomem próżni i wysokim przepływem objętościowym. Podobnie jak w produkcji baterii, ekspert od próżni musi stale zapewniać bezpieczne rozładowanie elektrostatyczne – za pomocą kontaktowych powierzchni zgodnych z ESD.

Od BPP do stosu

Bipolarne płyty (BPP) wykonane z metalu lub grafitu otaczają MEA. Ich zadanie: przewodzić wodór do anody i tlen do katody oraz odprowadzać wodę reakcyjną i oddawać energię cieplną i elektryczną. Kształt powierzchni wpływa na sprawność późniejszego ogniwa paliwowego. W związku z tym badania i rozwój są bardzo dynamiczne. „Nasza inżynieria musi nadążać za tym tempem i dostosowywać nasze chwytaki do zmieniających się formatów i struktur” – podkreśla Müller.

Zasadniczo Schmalz korzysta z chwytaków powierzchniowych do bezpiecznej obsługi strukturalnych pól przepływowych. Dodatkowo zintegrowane chwytaki ssące zwiększają dopuszczalny przekrój boczny – dzięki temu BPP mimo dużych przyspieszeń pozostaje na miejscu. Plastikowe elementy ssące oraz materiał HT1 używany w chwytakach chronią pokryte powierzchnie przed uszkodzeniami i resztkami chemicznymi. Wypukłe lub wklęsłe półki BPP są pewnie zasysane przez odciąg powietrza SBS i dzięki dużym sile trzymania są równomiernie przyciągane. Zintegrowane czujniki jednoznacznie rozpoznają elementy. Są one również istotne przy składaniu stosów, czyli łączeniu MEA, warstw dyfuzji gazów i płytek bipolowych.

W związku z różnorodnością komponentów, w tym etapie produkcji można znaleźć pełne spektrum specjalistycznych chwytaków Schmalz: chwytaki powierzchniowe FLGR, chwytaki przepływowe SCG, odciągi SBS oraz konwencjonalne chwytaki próżniowe. Ich różne technologie – czy to pełne powierzchniowe czy bezkontaktowe chwytanie – utrzymują niskie ciśnienie powierzchniowe i powierzchnie wolne od zanieczyszczeń. Jednocześnie nadążają za dynamiką procesu produkcyjnego.

„Wymagania w produkcji ogniw paliwowych są podobne do tych w produkcji baterii – obsługujemy tu podobne materiały. Są cienkie, pokryte i niezwykle delikatne. I nadążamy za dynamiką rozwoju – zarówno w projektach badawczych, jak i w produkcji seryjnej” – podsumowuje Müller. Po rozmowie z kierownikiem międzynarodowego zarządzania branżowego jest jasne: niezależnie od tego, czy chodzi o „niebieską” wizję producentów samochodów, czy „zielony” plan polityki – Schmalz będzie nieustannie pojawiać się w automatyzowanej produkcji ogniw paliwowych.