Rozkwit ogniw paliwowych ...

Obsługa płyt bipolarnych (BPP)

Flächengreifer FLGR z wysokim przepływem objętościowym do pełnego chwytania wrażliwych elementów, takich jak układy membranowo-elektrodowe (MEA) i płyty bipolowe (BPP)

Chwytak do delikatowego obsługiwania warstw dyfuzji gazów (GDL)

Obsługa silnie strukturalnych elementów z otworami

Fehlerfreie Handhabung von Folien und Membranen (CCM)

Matthias Müller, kierownik ds. sprzedaży międzynarodowej oraz międzynarodowego zarządzania branżowego i kluczowych klientów w firmie J. Schmalz GmbH

Ogniwo paliwowe jest poważnym rozwiązaniem dla emisji bezemisyjnej mobilności. Choć przez długi czas znikało z pola widzenia, obecnie ugruntowało się jako realna droga dla strategii zeroemisyjnych. W związku z tym rozwój sprzętu i zautomatyzowanej produkcji jest bardzo dynamiczny. Tutaj firma Schmalz sięga po swoje systemy obsługi i dostosowuje je do stale zmieniających się wymagań – nowe kroki procesowe, powierzchnie i materiały.

Od 2001 roku zaczęło się niepokojąco wśród silników spalinowych. Na IAA na początku XXI wieku coraz więcej producentów samochodów zwracało uwagę na swoją „niebieską” wizję przyszłej mobilności: pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi. Również niemieccy producenci samochodów wysyłali na drogi testowe floty – ciche, czyste i równie łatwe w obsłudze jak benzynowe czy diesel. Potem ogniwo paliwowe wycofało się z publicznej uwagi. Po latach wspierania elektromobilności z akumulatorami jako magazynami energii, ponownie na pierwszy plan wyszli użytkownicy wodoru. W badaniu przeprowadzonym w kwietniu 2021 roku przez VDE, „Portfel napędów przyszłości” został zdefiniowany jako mieszanka dostosowana do potrzeb: akumulator dla samochodów osobowych, akumulator lub ogniwo paliwowe dla ciężarówek oraz E-fuels dla istniejących pojazdów, motorsportu i klasyków. Związek Elektrotechniki, Elektroniki i Informacji e. V. zapytał w tym celu polityków i kierownictwo firm. Fakt jest taki, że ogniwo paliwowe się ugruntowuje i stanowi szansę dla bezemisyjnej jazdy i gospodarki w Niemczech. Do wydajnej produkcji potrzebne są również zautomatyzowane systemy chwytające, które delikatnie i bezpiecznie obsługują różne komponenty i zespoły.

„Obecnie ogniwo paliwowe jest bardzo dynamicznym tematem. Zwłaszcza w Niemczech i Europie, a także w niektórych krajach Azji, programy wsparcia wprowadzają na rynek nowych graczy, a znane firmy dalej się umacniają” – 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. „Dajemy radę bez problemu – dzięki naszemu zarządzaniu branżowemu. To jest nasz punkt wyjścia, który odkrywa istotne kontakty i fachowo obsługuje klientów. Za sukcesem stoi bardzo bliska współpraca z naszymi organizacjami sprzedażowymi. Dzięki innowacyjnym rozwiązaniom i silnemu działowi rozwoju możemy nadążać za dynamiką rynku” – wyjaśnia Müller. Firma Schwarzwaldzka jest mocno powiązana z siecią: 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 wchodzi w grę” – dodaje Müller. Firma Schmalz jest dobrze przygotowana do tej roli dzięki swojemu szerokiemu portfolio chwytaków. Jednak 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 chwytające do zmieniających się kroków produkcyjnych, elementów i materiałów oraz nowych struktur powierzchniowych.”

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 chwytania, 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 osadzaniu się cząstek na elementach. „Dzięki temu nasze systemy mogą być również używane w czystych pomieszczeniach” – wyjaśnia Müller. Przed odkształceniem cienkich folii chroni pełne kontaktowe zasysanie za pomocą chwytaka płytowego, które łączy kontakt powierzchniowy z niskim poziomem próżni i wysokim przepływem objętościowym. Podobnie jak w produkcji baterii, ekspert od próżni musi stale dbać o bezpieczne rozładowanie elektrostatyczne – za pomocą zgodnych z ESD powierzchni kontaktowych.

Od BPP do stosu

Bipolarne płyty (BPP) wykonane z metalu lub grafitu otaczają MEA. Ich zadanie: prowadzenie wodoru do anody i tlenu do katody oraz odprowadzanie reakcyjnej wody i oddawanie energii cieplnej i elektrycznej. Kształt ich powierzchni wpływa na sprawność późniejszego ogniwa paliwowego. W związku z tym badania i rozwój są bardzo dynamiczne. „Nasze prace muszą nadążać za tym tempem i dostosować nasze chwytaki do zmieniających się formatów i struktur” – podkreśla Müller.

Zasadniczo Schmalz korzysta z chwytaków płytowych do bezpiecznego obsługiwania strukturalnych pól przepływowych. Dodatkowo zintegrowane chwytaki ssące zwiększają dopuszczalną siłę poprzeczną – dzięki temu BPP mimo dużego przyspieszenia pozostaje na miejscu. Plastikowe elementy ssące oraz materiał HT1 używany w chwytakach chronią pokryte powierzchnie przed uszkodzeniami i chemicznymi osadami. Konweksowe lub konkawne płyty BPP są pewnie zasysane przez odkurzacz unoszący SBS i równomiernie przyciągane dzięki wysokim siłom trzymania. Zintegrowane czujniki jednoznacznie rozpoznają elementy. Są one również ważne przy produkcji stosów, czyli łączeniu MEA, warstw dyfuzji gazów i płytek bipolowych.

W związku z różnorodnością komponentów, cały zakres specjalistycznych chwytaków Schmalz jest obecny na tym etapie produkcji: chwytaki płytowe FLGR, chwytaki przepływowe SCG, odkurzacze SBS i 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 bardzo wrażliwe. 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 o „zielony” plan polityki – Schmalz będzie się wciąż pojawiał w automatyzowanej produkcji ogniw paliwowych.