Os sistemas de células a combustível ainda são raros e caros. E um dos motivos é o processo complexo e dispendioso utilizado para produzir as placas bipolares, ou placas separadoras, que são componentes fundamentais para o sistema. Elas são feitas de aço com espessura muito baixa (75 a 100 mícrons) e possuem geometria complexa, de modo a formar canais finíssimos por onde fluirão os gases usados na reação hidrogênio/oxigênio e os líquidos dela decorrentes.

 

A conformação dessas chapas é um desafio, e por isso ela foi objeto de um estudo conduzido pelo Instituto Fraunhofer de Máquinas-Ferramenta e Tecnologia de Conformação (IWU), com sede em Chemnitz (Alemanha), que anunciou o desenvolvimento do sistema rotativo denominado BPPflexRoll, apresentado na feira de Hannover, no último mês de abril.

 

Pesquisadores do instituto, em parceria com a Profiroll Technologies GmbH, desenvolveram para isso um protótipo da linha de produção que foi instalada no Fraunhofer IWU, já equipado com tecnologia de controle e um conceito operacional alinhado com os preceitos de uma instalação industrial. O sistema consiste em três suportes de rolos e requer uma área de instalação de 4.500 mm x 3.300 mm.

No processo recentemente desenvolvido, a estrutura da placa bipolar é gravada por um par de rolos.

 

Processamento contínuo

 

Uma das razões pelas quais as placas bipolares metálicas são tão caras é porque são produzidas em lotes descontínuos. “Cada placa bipolar consiste em duas metades de aço inoxidável. As estruturas para o fluxo de gás e dissipação de calor são gravadas nas metades em um processo de formação descontínua e depois são unidas”, comentou Stefan Polster, chefe do grupo de processamento de chapas metálicas e design de ferramentas do Fraunhofer IWU.

 

Ele explicou que o novo sistema de gravação em relevo substitui essas cadeias de processo por um processo contínuo, possibilitando a produção de um alto volume unitário. “Até 120 meias placas podem ser produzidas a cada minuto”, observou Robin Kurth, gerente de grupo de máquinas de conformação na Fraunhofer IWU. Os pesquisadores esperam que esta mudança nos métodos de produção reduza pela metade os custos de fabricação das placas bipolares.

 

No sistema recém-desenvolvido, a estrutura da placa bipolar é gravada usando um par de rolos formadores, sendo um deles definido como punção e o outro como matriz. Como os rolos usados para formar os canais de fluxo têm aproximadamente apenas uma linha de contato com a peça de trabalho, a conformação pode reduzir as forças do processo em um fator de dez, em média, em comparação com a estampagem convencional. Isso resulta em tecnologia de máquinas menores e de menor custo. A flexibilidade é outra vantagem do sistema: o número de conjuntos de rolos necessários pode ser ajustado individualmente, dependendo da geometria das placas bipolares.

 

A principal vantagem deste método é a alta velocidade do processo, que leva à, economia de escala e, em última análise, custos significativamente mais baixos para as céclulas.

 

Conformação cognitiva e monitoramento integrado

 

Com o novo sistema, os pesquisadores da Fraunhofer IWU também estão dando um passo importante em direção a máquinas conformadoras cognitivas, que podem usar sensores e algoritmos inteligentes para monitorar e controlar a si mesmas. “Ao contrário dos sistemas anteriores, no futuro monitoraremos a qualidade das placas bipolares em tempo real, capturando, consolidando e analisando os parâmetros do processo com sensores”, afirma Kurth. Os dados processados ficarão disponíveis em nuvem.

 

As primeiras placas bipolares produzidas com a instalação já estão sendo testadas em células de combustível no Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar ISE, em Freiburg (Alemanha).

 

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Imagens: Fraunhofer IWU

 

 

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