Η Schaeffler επιδεικνύει τις αναπτυξιακές της δυνατότητες στον τομέα της κινητικότητας με υδρογόνο και μία νέα γενιά μεταλλικών διπολικών πλακών.
Όλα τα συστήματα κυψελών καυσίμου βασίζονται σε διπολικές πλάκες. Ωστόσο, οι πλάκες που αναπτύχθηκαν από τη Schaeffler διαθέτουν νέο σχεδιασμό βελτιστοποιημένο για εν σειρά παραγωγή και αξιοποιούν μία καινοτόμο διαδικασία επίστρωσης για μεγάλη διάρκεια ζωής των κυψελών καυσίμου. Επιπλέον, οι στοίβες που κατασκευάζονται με τη χρήση των νέων πλακών της Schaeffler επιτυγχάνουν πυκνότητα ισχύος περίπου 20% μεγαλύτερη από αυτή των στοιβών που κατασκευάζονται με πλάκες προηγούμενης γενιάς.
«Όταν πρόκειται για συστήματα οδήγησης για τα επαγγελματικά οχήματα, η Schaeffler επενδύει επίσης στο υδρογόνο, ειδικά για εφαρμογές μεγάλων αποστάσεων. Αναπτύσσουμε τόσο μεμονωμένα εξαρτήματα όσο και πλήρη υποσυστήματα για κυψέλες καυσίμου και προετοιμαζόμαστε για την εκβιομηχάνισή τους σε πλήρη κλίμακα», δήλωσε ο Matthias Zink, Διευθύνων Σύμβουλος Automotive Technologies της Schaeffler AG. Σε μία ειδικά κατασκευασμένη πιλοτική μονάδα παραγωγής στο Herzogenaurach, η εταιρεία παράγει τις νέες πλάκες έως και πολλές δεκάδες χιλιάδες τεμάχια, που προορίζονται για πρωτότυπα και μικρές σειρές οχημάτων διεθνών αυτοκινητοβιομηχανιών. Η πλήρως αυτοματοποιημένη εγκατάσταση αποτελεί τμήμα του κέντρου αριστείας της Schaeffler για το υδρογόνο, ένα συγκρότημα που περιλαμβάνει, επίσης μία εκτεταμένη σειρά εξοπλισμού δοκιμών. Η εγκατάσταση έχει σχεδιαστεί έτσι, ώστε να μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή μεγάλων πλακών του τύπου που χρησιμοποιούνται για ηλεκτρολύτες. Η Schaeffler διασφαλίζει τόσο τη βιώσιμη κίνηση όσο και τη βιώσιμη παροχή πράσινου υδρογόνου. Χάρη στην τεχνογνωσία στα συστήματα, η Schaeffler είναι, ακόμη σε θέση να συνεργαστεί με πελάτες για την ανάπτυξη προσαρμοσμένων διπολικών πλακών και εξαρτημάτων για τα συστήματα κυψελών καυσίμου. Η εταιρεία πρόκειται να ξεκινήσει την παραγωγή διπολικών πλακών με την επωνυμία Innoplate, μία κοινοπραξία με τη Symbio, στο Haguenau της Γαλλίας, στις αρχές του 2024.
Κάθε πτυχή του σχεδιασμού της πλάκας έχει σχεδιαστεί για μέγιστη ευκολία μετάβασης σε εν σειρά παραγωγή.
Νέος σχεδιασμός πλάκας για αυξημένη πυκνότητα ισχύος
Για το ανεκπαίδευτο μάτι, οι διπολικές πλάκες δεν φαίνονται ως η καλύτερη λύση, καθώς είναι περίπου στο μέγεθος ενός φακέλου DIN A4 και ζυγίζουν μόλις 60 γραμμάρια. Παρά ταύτα, αποτελούν βασικά συστατικά των κυψελών καυσίμου, όπου εκτελούν μία σειρά από ζωτικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της παροχής καναλιών τόσο για το διαχωρισμό και τη διανομή των αερίων διεργασίας και του ψυκτικού μέσου όσο και για την απομάκρυνση του νερού που προκύπτει από τη χημική αντίδραση. «Η Schaeffler έχει αναπτύξει έναν καινοτόμο σχεδιασμό που κάνει βέλτιστη χρήση της επιφάνειας της πλάκας», εξήγησε ο Dr. Jochen Schroder, επικεφαλής του τμήματος E-Mobility της Schaeffler. «Όσο πιο λεπτές και ακριβείς είναι οι δομές στη διπολική πλάκα, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η πλάκα». Οι νέες πλάκες της Schaeffler επιτρέπουν μία πυκνότητα ισχύος στοίβας κυψελών καυσίμου 4,6 kW ανά λίτρο όγκου κυψελών καυσίμου (συμπεριλαμβανομένων των ακραίων πλακών και του υλικού συμπίεσης).
Για εφαρμογές οχημάτων, αρκετές εκατοντάδες από αυτές τις πλάκες τοποθετούνται η μία πάνω στην άλλη και χωρίζονται από ένα συγκρότημα ηλεκτροδίων μεμβράνης (MEA), σχηματίζοντας μία στοίβα. Οι πλάκες αντιπροσωπεύουν έως και το 80% του βάρους της στοίβας και έως το 65% του όγκου της. Οι στοίβες που περιλαμβάνουν έως και 400 από αυτές τις κυψέλες έχουν συνολική ισχύ εξόδου έως και 140 kW – αρκετή για ελαφρά επαγγελματικά οχήματα. Τα βαρέα επαγγελματικά οχήματα μέχρι 40 τόνους απαιτούν γενικά δύο στοίβες.
Παραγωγή βιομηχανικής κλίμακας
Η νέα γενιά διπολικών πλακών Schaeffler έχει επίσης σχεδιαστεί από την αρχή για εκβιομηχάνιση σε μεγάλη κλίμακα – μια προσέγγιση γνωστή ως σχεδιασμός για την κατασκευή (DFM). Ο στόχος είναι να επιτευχθεί ένα επίπεδο κόστους, αποτελεσματικότητας και επεκτασιμότητας της κατασκευής επαρκές για τα οχήματα που κινούνται με υδρογόνο, ώστε να φτάσουν στην αγορά. Όσον αφορά την παραγωγή, η εταιρεία αξιοποιεί την πολυετή εμπειρία και τεχνογνωσία της στη σφράγιση και μορφοποίηση μετάλλων και έχει επιτύχει το υψηλό επίπεδο ακρίβειας που απαιτείται για τη σφράγιση των απαραίτητων εξαιρετικά λεπτών κατασκευών στην επιφάνεια των πλακών, οι οποίες έχουν πάχος μόνο 50 έως 100 μικρόμετρα.
Ένα άλλο μοναδικό χαρακτηριστικό των μεταλλικών διπολικών πλακών της Schaeffler είναι το σύστημα επίστρωσης που χρησιμοποιείται. Ο σκοπός των επιστρώσεων είναι να διατηρηθεί ένα υψηλό επίπεδο ηλεκτρικής αγωγιμότητας καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής της κυψέλης καυσίμου. Η λύση της Schaeffler είναι το «Enertect» – μία οικογένεια συστημάτων επικάλυψης υψηλής απόδοσης που έχουν αναπτυχθεί ειδικά για διπολικές πλάκες. Ανάλογα με τις απαιτήσεις του πελάτη, οι επιστρώσεις μπορούν να κατασκευαστούν για μέγιστη διάρκεια ζωής πλάκας, ελάχιστο αποτύπωμα άνθρακα ή βελτιστοποιημένη αναλογία τιμής-απόδοσης. «Χάρη στις δυνατότητές μας στην τεχνολογία επιφανειών, είμαστε σε θέση να προσφέρουμε σε κάθε πελάτη μία συγκεκριμένη λύση επίστρωσης για κάθε εφαρμογή. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να ανταποκριθούμε σε κάθε απαίτηση όσον αφορά την εξισορρόπηση του κόστους, της απόδοσης και των εκπομπών CO2 που σχετίζονται με την κατασκευή», δήλωσε ο Jochen Schroder. Οι επικαλύψεις εφαρμόζονται χρησιμοποιώντας μια ειδικά προσαρμοσμένη και τελειοποιημένη έκδοση της διαδικασίας φυσικής εναπόθεσης ατμού (PVD) που η Schaeffler έχει χρησιμοποιήσει με επιτυχία στην παραγωγή εκατομμυρίων εξαρτημάτων βαλβίδων υψηλής πίεσης όλα αυτά τα χρόνια. Και τέλος, για να καταστήσει τις κυψέλες καυσίμου στεγανές – ζωτικής σημασίας από την άποψη της ποιότητας και της ασφάλειας – η εταιρεία χρησιμοποιεί φλάντζες διαφόρων τύπων ανάλογα με τις απαιτήσεις μέσω μίας ειδικής διαδικασίας συγκόλλησης με λέιζερ που αναπτύχθηκε από την ίδια.
