Para que la tecnología del hidrógeno se convierta en una clave para la transición energética, es necesario dar un paso decisivo hacia una aplicación amplia.Sin embargo, los principales factores que frenan este ansiado avance son los elevados costes de los materiales caros y los complejos procesos de fabricación de pilas de combustible y electrolizadores.

El Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT aborda estos desafíos y trabaja arduamente para desarrollar soluciones rentables y escalables.EnHyfcell 2024En Stuttgart, el instituto de Aquisgrán presentará en el pabellón 4, stand 4E51, innovaciones pioneras, transformaciones que contribuyen a hacerprocesos de producciónconsiderablemente más económico y sostenible al mismo tiempo.

Secado de electrodos mediante láser: eficiencia energética, velocidad y ahorro de espacio en la producción de pilas de combustible

Como la demanda decombustiblecélulas crece, cada vez es más importante hacer que los procesos de producción sean más eficientes.Sin embargo, aún queda un desafío clave: secar las capas de electrodos aplicadas en húmedo para el conjunto de electrodos de membrana (MEA) en la celda de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEM).Convencionalmente, este proceso se lleva a cabo en grandes hornos de convección, que consumen una gran cantidad de energía y ocupan un espacio considerable en una nave de producción.

Fraunhofer ILT ha desarrollado una tecnología de secado asistido por láser que soluciona estos problemas.El uso de láseres, que exponen los electrodos de forma selectiva, reduce el tiempo de secado de varios minutos a sólo unos segundos.Esta drástica reducción del tiempo de secado aumenta significativamente la velocidad de producción, particularmente en el proceso rollo a rollo.

Además, este proceso reduce los requisitos energéticos en comparación con los hornos continuos convencionales que funcionan con gas.Además, el sistema láser requiere considerablemente menos espacio, lo que permite una línea de producción más compacta y flexible.

"Al desarrollar un proceso rollo a rollo basado en láser para la producción de unidades de electrodos de membrana, estamos dando un paso importante para hacer que los procesos de fabricación de pilas de combustible sean más eficientes. Con nuestra tecnología de secado asistido por láser, estamos estableciendo un nuevoestándar que no sólo aumenta la velocidad de producción, sino que también optimizaeficiencia energéticay la utilización del espacio", explica Manuella Guirgues, del grupo Thin Film Processing del Fraunhofer ILT.

Recubrimientos protectores contra la corrosión para placas bipolares: aumento de la eficiencia y reducción de costes en la producción de pilas de combustible

Especialmente en el caso de las pilas de combustible PEM, las agresivas condiciones químicas dentro de la pila de combustible plantean nuevos desafíos para la producción.Proteger las placas bipolares metálicas (BPP) de la corrosión no sólo es esencial para la vida útil de la celda, sino también para la eficiencia de toda la pila de combustible.

Cuando los BPP se recubren con deposición química o física de vapor al vacío, los costos aumentan y la producción se ralentiza.Fraunhofer ILT está trabajando en un proceso que combina el recubrimiento por pulverización con el procesamiento por rayo láser para lograr un acabado eléctricamente conductor y resistente a la corrosión en las placas bipolares metálicas, sin necesidad de un proceso de vacío que consume mucha energía.

Este enfoque no sólo puede reducir significativamente los costos de producción mediante el uso de materiales rentables, sino que también puede integrarse mejor en los procesos de fabricación continuos.La alta escalabilidad del proceso ayuda a atender de manera eficiente el creciente mercado de celdas de combustible PEM.

Julius Funke, del grupo de funcionalización de alta temperatura, destaca: "Nuestro método basado en láser para la producción de capas de protección contra la corrosión ofrece una alternativa eficiente y rentable a los procesos de vacío tradicionales. Permite una producción más rápida y una escalabilidad mejorada, lo cual es crucial para cumplir con loscreciente demanda de pilas de combustible PEM".

Optimización de la producción de pilas de combustible mediante soldadura de doble haz y reparación de herramientas de conformado.

La soldadura de doble haz también se puede utilizar para acelerar la producción en otros lugares.Este proceso utiliza dos rayos láser simultáneamente para soldar las placas bipolares metálicas, una técnica que reduce el tiempo del ciclo en casi un 50% sin comprometer la calidad de la costura.

Cuando se utilizan las dos vigas para soldar en un punto, se puede influir selectivamente en la dinámica del baño de fusión, lo que permite velocidades de soldadura más altas y evita defectos típicos como el joroba.Este proceso permite una producción más rápida y eficiente que satisface las crecientes demandas de la tecnología del hidrógeno.

La producción de BPP metálicos también se ve obstaculizada por la vida útil de los aceros para herramientas utilizados.Las herramientas son susceptibles al desgaste debido a sus elevadas cargas mecánicas.El enfoque adoptado por ILT es sustituir los costosos aceros para herramientas por aceros estructurales y aplicar recubrimientos protectores contra el desgaste de alta calidad mediante revestimiento láser de alta velocidad extrema (EHLA).

En comparación con los aceros para herramientas convencionales, las piezas recubiertas presentan un aumento de la resistencia al desgaste por fricción por deslizamiento en un factor de más de 10. El proceso EHLA también permite reparar las áreas dañadas de las herramientas, lo que permite adaptar las herramientas y reutilizarlas.Esta tecnología extiende significativamente la vida útil de las herramientas, lo que a su vez reduce los costos de producción y aumenta la sostenibilidad en la fabricación.

Fraunhofer ILT está desarrollando una serie de procesos para hacer más eficiente la cadena de procesos de fabricación de componentes de pilas de combustible.Entre ellas se incluye el corte a alta velocidad, con el que los BPP se recortan con precisión y los orificios de alimentación del material se cortan directamente.

Un enfoque innovador es la introducción mediante láser de microestructuras en el BPP metálico, que reducen la resistencia de contacto eléctrico y desplazan el agua de la zona de contacto durante el funcionamiento de la pila de combustible.

Los investigadores de Aquisgrán también están investigando intensamente la estructuración y soldadura de BPP y MEA compuestos para automatizar aún más la producción de pilas de combustible y hacerla más eficiente.

Proporcionado porFraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT