Płytki bipolarne stanowią centralny element ogniw paliwowych i elektrolizerów. Graebener, niemiecka firma inżynierii mechanicznej z wieloletnią tradycją, od 20 lat pracuje nad technologiami produkcji tego podstawowego elementu zrównoważonej gospodarki energetycznej opartej na wodorze. Freudenberg Sealing Technologies jest ważnym partnerem firmy w tym przedsięwzięciu. W białej księdze Graebener Bipolar Plate Technologies podkreśla decydujące czynniki dla udanej produkcji metalowych płyt bipolarnych. W niniejszej „Mapie drogowej dla przyszłości rynku wodoru” dwaj eksperci Freudenberg wypowiadają się w pogłębionym wywiadzie: Jürgen Emig, dyrektor ds. rozwoju przedprodukcyjnego aplikacji wodorowych oraz dr Dominik Kraus, szef technologii tłoczenia.
Jednym z kluczowych stwierdzeń dwóch ekspertów jest to, że kluczowa rola uszczelek w produkcji płytek bipolarnych była do tej pory zbyt mało brana pod uwagę: Obaj eksperci apelują, że powinny one być brane pod uwagę przed stworzeniem projektu płytki bipolarnej. „Kwestia uszczelek była często niedoceniana w przeszłości – podobnie jak fakt, że można pracować tylko ze standardowymi częściami dostępnymi w katalogach w ograniczonym zakresie. Bardzo ważne jest dla nas, aby klienci angażowali nas, zanim zainwestują w formę do płyty” – podkreśla Emig. Ponieważ, jak twierdzi Kraus: „Z punktu widzenia produkcji, metalowa płytka bipolarna jest bardzo złożonym komponentem”.
Materiały specjalnie dla ogniw paliwowych
Rozwiązania uszczelniające są odpowiednio wymagające. Aby uzyskać punkty pod względem trwałego, niezawodnego efektu uszczelnienia, odporności na media i przenikanie, materiały i konstrukcje uszczelniające zwykle muszą być przeprojektowane. Firma Freudenberg Sealing Technologies osiągnęła już znaczny sukces w tej dziedzinie. „Ludzie często najpierw myślą o silikonie, ale jeśli chodzi o żywotność, silikon nie wystarczy. Silikon nie nadaje się na przykład do wysokotemperaturowych ogniw paliwowych. Z tego powodu opracowaliśmy własne materiały specjalnie do zastosowań w ogniwach paliwowych” – wyjaśnia Emig. 35 FCPO 100 to opracowanie własne, które pod względem przetwarzania jest podobne do płynnego silikonu. 70 FKM 256261 to materiał, który firma opracowała specjalnie pod kątem wymagań elektrolizy PEM i wysokotemperaturowych ogniw paliwowych PEM.
Szczególnym wyzwaniem jest to, że różne technologie elektrolizy i ogniw paliwowych istnieją równolegle i nie ustalono jeszcze standardów dla żadnej z nich. „Jeśli chodzi o konstrukcję płyt, rynek jest obecnie w niewielkim stopniu ustandaryzowany”, mówi Kraus, opisując sytuację. Potrzebne są zatem powszechnie obowiązujące specyfikacje dotyczące projektowania płyt, które upraszczają stosowanie uszczelnień, a tym samym przyspieszają proces. Jak mówi Emig: „Uszczelnianie struktur 3D jest wyzwaniem. Jeśli pewne wymagania zostaną wzięte pod uwagę i znormalizowane, szanse na uzyskanie solidnego uszczelnienia są bardzo wysokie. Pożądana byłaby większa standaryzacja cech konstrukcyjnych, wtedy być może moglibyśmy już produkować znacznie większe ilości w bardziej opłacalny sposób”.
„Nasi klienci chcą otrzymywać panel z jednego źródła – „panel gotowy do montażu” z plombą”.
W wywiadzie Graebener wspomina o innym zadaniu: „Nasi klienci chcą otrzymać płytę z jednego źródła – 'płytę gotową do montażu’ z uszczelnieniem”. Doświadczenie Freudenberg Sealing Technologies w zakresie inżynierii procesowej jest w tym względzie główną zaletą. „W dłuższej perspektywie potrzebujemy procesów produkcyjnych o wysokich standardach jakości, aby sprostać wymaganiom rynku pod względem kosztów i wydajności. Nasi klienci wiedzą, że możemy realizować scenariusze wysokonakładowe. Od wielu lat z powodzeniem działamy w branży motoryzacyjnej i spełniamy standardy jakości, których wymaga przemysł motoryzacyjny”. Wysokie standardy jakościowe przemysłu motoryzacyjnego mogą również stanowić wytyczne przy definiowaniu standardów uszczelnień dla płyt bipolarnych.
Jednak czas opracowywania wodoru jest krótszy niż w przemyśle motoryzacyjnym. To sprawia, że tym ważniejsze jest posiadanie znaczących obiektów testowych w laboratoriach i centrach testowych, w które Freudenberg Sealing Technologies obecnie inwestuje. Credo holistycznej pracy badawczo-rozwojowej firmy brzmi: „Chcemy zrozumieć całe ogniwo!
Dialog i współpraca z firmą Graebener są cennymi elementami tego procesu. „Zanim produkt będzie gotowy do produkcji seryjnej, wspólnie z klientem przechodzimy przez liczne pętle iteracji. Dlatego ogromną zaletą jest dostęp do odpowiedniego sprzętu do produkcji prototypów i małych serii”, wyjaśnia Kraus. Graebener oferuje Freudenberg Sealing Technologies te możliwości w ramach partnerskiej współpracy rozwojowej.
