El hidrógeno producido con la ayuda de la energía regenerativa es una fuente de energía importante para la movilidad futura. Por lo tanto, la demanda de pilas de combustible que convierten el hidrógeno en energía eléctrica, aumentará rápidamente en los próximos años. Los investigadores de Fraunhofer IPA y el campus de Black Forest, junto con varios socios de la industria, ahora están desarrollando un control de calidad innovador que ahorra tiempo y dinero en la producción.

La automatización en la producción de celdas de combustible aún está en sus inicios Hasta ahora, la producción ha tenido un carácter más artesanal, explicó el Dr. Friedrich-Wilhelm Speckmann, gerente de grupo de tecnología de hidrógeno en Fraunhofer IPA. “Para que la transición energética tenga éxito y el hidrógeno verde se utilice como fuente de energía, especialmente en el tráfico de mercancías pesadas,  necesitamos líneas de producción eficientes y controles de calidad rápidos y rentables para las pilas de combustible lo antes posible”.

Pero el control de calidad en particular ha sido el cuello de botella en la producción hasta ahora. Aunque los robots pueden apilar pilas de combustible de forma rápida y precisa, cada una de estas pilas, debe conectarse a varios dispositivos de medición y comprobarse. En el proyecto FastPeM (la abreviatura significa “Método de prueba acelerado para la producción en masa de pilas de combustible”), Speckmann, junto con investigadores del campus de Black Forest y socios industriales, quieren desarrollar un banco de pruebas con el que se puedan medir las propiedades electroquímicas de una pila se puede probar utilizando tecnologías innovadoras.

Pruebas aceleradas

En la planta piloto, un brazo robótico apila las capas una encima de la otra. Cada celda de combustible consta de dos electrodos delgados con una membrana en el medio y una placa bipolar a través de la cual se alimentan posteriormente el hidrógeno y el oxígeno atmosférico. En 15 minutos, se crea un paquete de alrededor de 400 celdas que se pueden presionar juntas y sujetar. “Debido a que cada paso de producción está documentado digitalmente en estas pruebas, tenemos una gran cantidad de datos que podemos usar para garantizar la calidad”, dice Speckmann.

Hasta ahora, probar una pila terminada ha llevado mucho tiempo. Primero, se debe probar si la pila está hermética o si el gas que fluye hacia las celdas bajo presión está escapando. La siguiente tarea es determinar la curva de potencia, que muestra qué densidad de corriente se produce y a qué voltajes. “En el proyecto FastPeM ahora queremos investigar cómo se pueden optimizar estos procesos, por ejemplo combinando ambos pasos”, explica el ingeniero.

Ahorre tiempo con los gemelos digitales

Las tecnologías virtuales jugarán un papel clave aquí. La planta de producción y las instalaciones de prueba estarán equipadas con tecnología de medición que alimenta los datos de los sensores en un modelo de simulación en tiempo real. El gemelo digital que se crea de esta manera no solo mapea los procesos, sino también cada componente en detalle. Con base en este extenso conjunto de datos, se pueden predecir las propiedades electroquímicas de celdas individuales y pilas completas. »Las características de rendimiento calculadas virtualmente solo tienen que comprobarse mediante mediciones selectivas. De esta manera se pueden evitar largas series de mediciones; probablemente sea suficiente realizar mediciones individuales. Si estos coinciden con las predicciones, no se requieren más pruebas”, explicó Speckmann.

Para las empresas que fabrican pilas de combustible, este ahorro de tiempo sería una verdadera victoria. Por supuesto, aún pasará algún tiempo antes de que los resultados estén disponibles. El proyecto FastPeM, que comenzó el 1 de junio, se extenderá hasta 2027, cuando también debería estar listo el banco de pruebas para la producción en masa de pilas de pilas de combustible.

Características

H2BlackForest financiado con un total de alrededor de 7,2 millones de euros

La política regional de la Unión Europea está aportando un total de 80 millones de euros del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) en el concurso “RegioWIN 2030” para ampliar la fuerza innovadora regional y promover el desarrollo urbano y regional sostenible. El centro de investigación para la economía inteligente del reciclaje de hidrógeno “H2BlackForest” de Fraunhofer IPA, el IFF de la Universidad de Stuttgart y el campus de BlackForest fue reconocido como un proyecto faro en la región norte de la Selva Negra. Se han aprobado un total de 4,8 millones de euros para el proyecto para el periodo de financiación 2021-2027. Otros 2,4 millones de euros se complementarán con fondos estatales. Junto con las aportaciones de los socios implicados, el alcance total de la investigación asciende a 12 millones de euros.

Fuente:  Fraunhofer IPA