Sistemas de células a combustível são considerados geradores de energia avançados que produzem energia elétrica revertendo o processo de eletrólise da água. Essa energia pode ser utilizada para alimentar veículos, edifícios e outras aplicações. Devido às suas baixas emissões e boa eficiência, existem numerosos esforços internacionais para desenvolver ainda mais a tecnologia de células a combustível.
Altas densidades de potência, elevadas conversões de energia e curtos tempos de partida (cold start) em baixas temperaturas de operação, aproximadamente 60-80 °C, frequentemente destacam a célula a combustível PEM (Célula a Combustível de Membrana Polimérica, PEMFC ou Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Um conjunto de células a combustível a hidrogênio utiliza hidrogênio puro e ar ambiente normal como agente oxidante, tornando-os particularmente adequados para sistemas de geração de energia estacionária, dispositivos de substituição de baterias ou sistemas de transporte movidos a célula a combustível.
A otimização da eficiência por meio do ajuste de sistemas e componentes é central para o desenvolvimento de conjuntos de células a combustível. Fatores críticos incluem condições de operação e potenciais reduções de custo por meio de materiais e processos de fabricação. Os termoplásticos de engenharia desempenham um papel-chave nas células a combustível. Sua fácil processabilidade e baixo peso contribuem para economias significativas, e sua longa vida útil os torna ideais para uso em sistemas de células a combustível.
Como fabricante e processador líder de termoplásticos de engenharia, oferecemos soluções completas para conjuntos de células a combustível – do material ao componente.
Como fabricante e processador líder de termoplásticos de engenharia, a Ensinger é especializada no desenvolvimento e produção de materiais para células a combustível de hidrogênio e componentes para células a combustível.
Da produção ao desempenho – somos seu parceiro em tecnologia de células a combustível, oferecendo soluções duráveis, sustentáveis e inovadoras.
Placas bipolares em células a combustível separam e distribuem gases e fluidos de resfriamento. Embora placas metálicas e termofixas sejam comuns, placas duráveis de plástico de alto desempenho estão se tornando cada vez mais importantes. A Ensinger oferece soluções inovadoras com placas bipolares feitas de materiais termoplásticos grafíticos, oferecendo diversos benefícios:
Durabilidade e resistência à corrosão
Reutilização e reciclabilidade
Fácil processabilidade
Materiais para células a combustível – Máxima eficiência por meio de materiais otimizados para
células a combustível de hidrogênio
Juntamente com nosso parceiro, o Center for Fuel Cell Technology (ZBT) em Duisburg, a Ensinger desenvolveu materiais altamente condutivos para células a combustível PEM, destinados a placas bipolares. Essas formulações especialmente otimizadas eletricamente e termicamente mostram suas vantagens tanto em aplicações estacionárias quanto móveis (veículos pesados, ferroviários e aeronaves) de células PEM (Célula a Combustível de Membrana Polimérica).
Os compostos, disponíveis sob a marca TECACOMP HTE, são baseados em termoplásticos PP (polipropileno) e PPS (polifenileno sulfeto). Eles foram especificamente otimizados para a produção de PEMFCs por meio do processo de prensagem a quente e são adequados para temperaturas de operação de 60 °C a 200 °C.
Os compostos TECACOMP HTE já se provaram em condições exigentes e oferecem excelente adequação para uma ampla variedade de aplicações relevantes. Com os compostos da série TECACOMP HTE, é possível produzir placas bipolares, incluindo campos de fluxo, em tamanhos comuns de até 950 cm² e espessuras de 0,4 mm a 5 mm. Dimensões maiores também podem ser implementadas mediante solicitação. A variante em PP é ideal para células a combustível de metanol direto (DMFC), células PEM de baixa temperatura (LT-PEM) e células a combustível alcalinas (AFC), enquanto a variante em PPS é adequada para células PEM de alta temperatura (HT-PEM) e células a combustível de ácido fosfórico (PAFC).
As placas finais em células a combustível têm a função de prender e fixar o conjunto da célula a combustível. A pressão de contato é crucial para a distribuição uniforme da força e o funcionamento sem vazamentos do conjunto. Pressão de contato insuficiente entre o eletrodo e a placa bipolar pode comprometer o desempenho devido à alta resistência de contato e perdas, ou até levar à falha do componente. À medida que o tamanho do conjunto aumenta, também aumentam os requisitos de pressão de contato. As placas finais também formam as terminações dos lados do ânodo e do cátodo, permitindo a conexão de tubos, cabos e ligações para gás, eletrólito ou linhas de resfriamento. O desempenho do conjunto da célula a combustível é significativamente influenciado pela geometria da placa final, pelo método de conexão e pelos materiais utilizados.
No passado, metais eram utilizados principalmente para placas finais, apesar dos processos de fabricação complexos e altos custos. Placas metálicas também correm maior risco de corrosão, permitindo que íons metálicos difundam-se no eletrólito, afetando negativamente a condutividade e a tensão de saída. A alta condutividade térmica dos metais causa perda de calor, exigindo mais tempo para atingir a temperatura de operação e o uso de isolantes térmicos adicionais.
A Ensinger oferece uma alternativa vantajosa com placas finais termoplásticas. Nossas placas finais feitas de PPS TECATRON GF40 natural ou black reforçado com fibra de vidro, (semiacabado), são caracterizadas por excelente resistência química, baixa absorção de água e baixo risco de lixiviação de íons. A alta resistência mecânica e rigidez permitem atingir a pressão de contato necessária no conjunto. A alta estabilidade dimensional e resistência ao fluência resultam em deformação muito baixa, mesmo por longos períodos sob carga e em temperaturas elevadas. O TECATRON GF40 preto também atende aos requisitos de resistência à chama UL94 V-0.
Por meio do nosso processo de extrusão estabelecido, conseguimos reduzir significativamente tensões em materiais como TECATRON GF40 black ou natural (PPS GF40), o que oferece vantagens extremas, especialmente na usinagem de placas finais.
A geometria complexa típica das placas finais, com diversos recortes, bolsos e furos próximos às bordas, exige alto nível de precisão na usinagem. Componentes maiores que meio metro de comprimento e desvios significativos na proporção largura/comprimento para espessura não são incomuns, apresentando desafios adicionais para ferramentas, máquinas e know-how. A precisão na fabricação é essencial, especialmente na fase de prototipagem, visando a escalabilidade para moldagem por injeção.
Com grande expertise e décadas de experiência no processamento de plásticos reforçados com fibra, oferecemos placas finais prontas para instalação, com baixa distorção e alta precisão. Ao ampliar e girar, é possível observar mais de perto a placa final da Ensinger feita de TECATRON GF40 black: Aplicativo AR.
As placas de isolamento são componentes aparentemente simples, cuja complexidade real muitas vezes é subestimada. Além da enorme carga de pressão devido à compressão do conjunto, elas devem suportar todos os fluidos presentes no conjunto simultaneamente, sob pressão e altas temperaturas.
Um dos maiores desafios na fabricação de placas de isolamento é, entretanto, o tamanho do conjunto, que frequentemente supera as dimensões comuns de termoplásticos. A Ensinger fabrica placas de isolamento de acordo com requisitos específicos do cliente e os mais altos padrões de qualidade, precisamente adaptadas à aplicação final. Oferecemos placas de isolamento para células a combustível, conjuntos de eletrólise ou baterias redox-flow.
A Unidade de Fornecimento de Meios (MSU) é um componente-chave da célula a combustível, garantindo o fornecimento confiável de hidrogênio, oxigênio e fluido de resfriamento. A Ensinger possui ampla experiência na fabricação de unidades de fornecimento de meios com dimensões de até 500 x 700 mm, tanto usinadas quanto moldadas por injeção.
Para assegurar desempenho e confiabilidade ideais da MSU, oferecemos simulações de enchimento, análises FEM e outras simulações para o projeto das peças moldadas por injeção. Nossa vantagem está em uma rede sólida e na estreita cooperação com institutos europeus líderes especializados em tecnologias de células a combustível. Essas parcerias nos permitem permanecer na vanguarda da tecnologia e desenvolver soluções inovadoras para os desafios da tecnologia do hidrogênio.
Por meio dessas sinergias e de nossa expertise técnica, garantimos que nossas unidades de fornecimento de meios atendam aos mais altos padrões e contribuam para a eficiência e longevidade dos modernos sistemas de células a combustível.
Balance of Plant (BOP) refere-se a componentes e subsistemas adicionais necessários para o funcionamento de um sistema. O BOP inclui, por exemplo, compressores, tanques e tecnologia de medição para eletrólise, assim como umidificadores e filtros em células a combustível. O condicionamento do fluido, incluindo tubulação e tecnologia de válvulas, também faz parte do BOP. Temos prazer em aconselhá-lo individualmente sobre os componentes do BOP.
Entre em contato com nossos especialistas e aproveite nossa ampla experiência e soluções personalizadas para uma grande variedade de aplicações.
