A Schaeffler está apostada em demonstrar a sua capacidade de desenvolvimento no campo da mobilidade movida a hidrogénio com uma nova geração de placas bipolares metálicas para células de combustível PEM.
Todos os sistemas de células de combustível dependem de placas bipolares. Mas as placas desenvolvidas pela Schaeffler apresentam um “novo design otimizado para produção em larga escala e alavancam um processo de revestimento inovador para longa vida útil da célula de combustível”, avança a empresa, em comunicado.
Além disso, as pilhas feitas com as novas placas da Schaeffler atingem uma densidade de potência cerca de 20% maior do que as pilhas feitas com placas da geração anterior.
“Quando se trata de sistemas de acionamento para veículos comerciais, a Schaeffler também está a investir no hidrogénio, especialmente para aplicações de longa distância. Desenvolvemos componentes individuais e subsistemas completos para células de combustível e estamos a preparar-nos para a sua industrialização em grande escala”, afirma Matthias Zink, CEO Automotive Technologies da Schaeffler AG.
Numa instalação de produção piloto construída, especificamente, em Herzogenaurach, a empresa fabrica as novas placas em séries de até várias dezenas de milhares de unidades para uso por parte de fabricantes de veículos internacionais em protótipos e produção de pequenas séries.
“A instalação totalmente automatizada faz parte do centro de excelência da Schaeffler para hidrogénio, um complexo que também inclui uma ampla gama de equipamentos de teste. A instalação foi projetada para que também possa ser usada para fabricar grandes placas do tipo usado para eletrolisadores. A Schaeffler garante, assim, tanto o movimento sustentável quanto o fornecimento sustentável de hidrogénio verde”, explica.
“Graças à sua experiência em sistemas, também podemos fazer parcerias com clientes para desenvolver placas bipolares personalizadas e componentes para sistemas de células de combustível. A Schaeffler deve iniciar a produção de placas bipolares sob o nome de Innoplate, uma joint-venture com a Symbio, em Haguenau, França, no início de 2024”, revela.
As placas bipolares não são muito atraentes, sendo apenas do tamanho de um envelope A4 e pesando apenas 60 gramas. Mas são componentes centrais das células de combustível, onde desempenham várias funções vitais, incluindo o fornecimento de canais tanto para a separação e distribuição dos gases de processo e refrigerante quanto para a remoção da água resultante da reação química.
“A Schaeffler desenvolveu um design inovador que otimiza a área de superfície da placa”, diz Jochen Schröder, responsável de E-Mobility da Schaeffler. “Quanto mais finas e precisas forem as estruturas da placa bipolar, mais eficiente ela é”, sublinha o responsável.
As novas placas da Schaeffler permitem uma densidade de potência da pilha de combustível de 4,6 kW por litro de volume da célula de combustível (incluindo placas finais e hardware de compressão). Para aplicações em veículos, várias centenas dessas placas são colocadas umas sobre as outras, cada uma separada por um conjunto de elétrodo de membrana (MEA), para formar uma pilha.
“As placas representam até 80% do peso da pilha e até 65% do seu volume. As pilhas que compreendem até 400 dessas unidades celulares têm uma potência total de até 140 kW – o suficiente para veículos comerciais ligeiros. Veículos comerciais pesados de até 40 toneladas geralmente requerem duas pilhas”, conta a Schaeffler.
Produção em escala industrial
A nova geração de placas bipolares da Schaeffler também foi projetada desde o início para a industrialização em larga escala – uma abordagem conhecida como design for manufacturing (DFM).
“O objetivo é alcançar um nível de custo-benefício e escalabilidade de fabrico suficiente para que a mobilidade movida a hidrogénio atinja o avanço do mercado. Em termos de produção, a empresa aproveita os seus muitos anos de experiência e conhecimento em estampagem e conformação de metais, alcançando o elevado nível de precisão necessário para estampar as estruturas ultrafinas necessárias na superfície das placas, que têm espessura de apenas 50 a 100 micrómetros”, adianta a mesma fonte.
Outra característica única das placas metálicas bipolares fabricadas pela Schaeffler é o sistema de revestimento utilizado. O objetivo dos revestimentos é manter um elevado nível de condutividade elétrica durante toda a vida útil da célula de combustível.
A solução da Schaeffler é “Enertect” – uma família de sistemas de revestimento de alto desempenho desenvolvidos, especificamente, para placas bipolares. Dependendo dos requisitos do cliente, os revestimentos podem ser projetados para máxima vida útil da placa, pegada mínima de carbono ou uma relação preço-desempenho otimizada.
“Graças às nossas capacidades em tecnologia de superfície, podemos oferecer a cada cliente uma solução de revestimento específica para a aplicação. Tal significa que podemos cumprir os requisitos de cada cliente em termos de equilíbrio de custo, desempenho e emissões de CO2 relacionadas com fabrico”, afirma Jochen Schröder.
Os revestimentos são aplicados usando uma versão especialmente adaptada e ajustada do processo de deposição física de vapor (PVD), que a Schaeffler utilizou, com sucesso, na produção de milhões de componentes de trem de válvulas altamente stressados ao longo dos anos.
E, finalmente, para tornar as células de combustível estanques a gás e água – vital do ponto de vista de qualidade e segurança – a Schaeffler usa juntas moldadas por injeção ou serigrafia ou, dependendo dos requisitos, um processo especial de soldagem a laser desenvolvido internamente.
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