Rivestimento innovativo per componenti a idrogeno
Ulteriore sviluppo del rivestimento in titanio per piastre bipolari composite
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L'industria dell'idrogeno richiede grandi quantità di componenti affidabili ed economici. Le piastre bipolari nelle celle a combustibile e negli elettrolizzatori svolgono un ruolo centrale in questo senso. I ricercatori del Fraunhofer Institute for Electron Beam and Plasma Technology FEP hanno sviluppato ulteriormente un processo di rivestimento sottovuoto consolidato, in modo da poter depositare film sottili di titanio compatti su piastre bipolari composite, con una buona conducibilità elettrica e protezione dalla corrosione, senza superare il limite critico di temperatura dei materiali compositi a base di polimeri. I risultati della ricerca saranno presentati dall'8 al 10 aprile 2026 al Manufacturing World Nagoya, in Giappone.
Film composto di polimeri come materiale di base per la produzione di piastre bipolari economiche e ad alte prestazioni per la produzione di idrogeno
Copyright: Fraunhofer UMSICHT
Compositi al posto del titanio solido: ridurre i costi, mantenere le prestazioni
Oggi le piastre bipolari in titanio sono spesso utilizzate negli elettrolizzatori PEM e nelle celle a combustibile. Sono resistenti alla corrosione, ma costose. Le piastre bipolari composite a base di polimero-grafite sono molto più economiche e leggere, ma richiedono un adeguato strato protettivo e funzionale per rimanere stabili ed elettricamente conduttivi a lungo termine nell'ambiente acido e aggressivo.
È qui che entra in gioco il lavoro del Fraunhofer FEP: Basandosi su una linea di rivestimento a fascio elettronico già qualificata, è stato sviluppato un approccio di rivestimento per piastre bipolari composite che combina i vantaggi dei materiali compositi con le proprietà funzionali di uno strato di titanio.
Processo avanzato: strato di titanio denso a temperatura limitata
Il rivestimento viene eseguito mediante evaporazione a fascio di elettroni attivata da plasma (EB-PVD con SAD) in un sistema sotto vuoto. È stato necessario conciliare due requisiti: Da un lato, gli strati di titanio devono essere elettricamente altamente conduttivi e resistenti alla corrosione; dall'altro, il materiale composito sensibile alla temperatura non deve essere riscaldato oltre un limite di temperatura definito durante il processo.
Per raggiungere questo obiettivo, il processo consolidato è stato adattato ai nuovi substrati, sono stati selezionati pretrattamenti adeguati per la superficie ruvida del composito e il carico termico sulle piastre è stato attentamente controllato. Le misurazioni e le simulazioni della distribuzione della temperatura hanno permesso di definire le finestre di processo in cui è possibile depositare film sottili di titanio compatti con una bassa resistenza al contatto specifica dell'area e un'efficace protezione dalla corrosione, senza superare la temperatura ammissibile della plastica. Ciò fornisce un approccio scalabile per realizzare piastre bipolari composite a basso costo, funzionali all'uso in celle a combustibile ed elettrolizzatori.
"Le nostre ricerche dimostrano che le piastre bipolari composite possono essere dotate di sottili strati di titanio in modo tale da diventare una vera alternativa alle piastre in titanio solido, pur mantenendo i limiti di temperatura dei polimeri", spiega il dott. Stefan Saager, responsabile del gruppo Coatings for Metals and Energy Technology del Fraunhofer FEP. "Questo apre nuove prospettive per soluzioni produttive efficienti dal punto di vista dei costi e ad alta produttività nella tecnologia dell'idrogeno".
Dal processo pilota all'applicazione
Questo nuovo lavoro si basa su precedenti sviluppi nel rivestimento ad alta velocità di lamine metalliche per piastre bipolari e trasferisce questa esperienza ai compositi a base di polimeri. Nell'ambito del progetto PolyFoleR, Fraunhofer FEP, in collaborazione con Fraunhofer UMSICHT, ha sviluppato sia il processo di rivestimento stesso che i metodi di misurazione e valutazione della conducibilità elettrica e del comportamento alla corrosione in condizioni quasi pratiche. È stato così creato un kit di strumenti che comprende il controllo del processo, il pretrattamento, l'ottimizzazione della temperatura e la caratterizzazione, che consente di affrontare in modo flessibile diversi materiali compositi. In futuro, i risultati ottenuti potranno essere trasferiti a concetti di produzione continua come linee roll-to-roll o sheet-to-sheet.
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