Revestimiento innovador para componentes de hidrógeno
Perfeccionamiento del revestimiento de titanio para placas bipolares de material compuesto
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La industria del hidrógeno requiere grandes cantidades de componentes fiables y rentables. Las placas bipolares de las pilas de combustible y los electrolizadores desempeñan un papel fundamental a este respecto. Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Haz de Electrones y Plasma (FEP) han perfeccionado un proceso de recubrimiento al vacío ya establecido, de modo que ahora pueden depositarse finas películas compactas de titanio sobre placas bipolares de material compuesto, con buena conductividad eléctrica y protección contra la corrosión, sin superar el límite de temperatura crítica de los materiales compuestos a base de polímeros. Los resultados de la investigación se presentarán del 8 al 10 de abril de 2026 en la Manufacturing World de Nagoya (Japón).
Película de compuesto polimérico como material de base para la producción de placas bipolares rentables y de alto rendimiento para la producción de hidrógeno
Copyright: Fraunhofer UMSICHT
Composite en lugar de titanio sólido: reducir costes y mantener el rendimiento
En la actualidad, las placas bipolares de titanio se utilizan con frecuencia en electrolizadores PEM y pilas de combustible. Son resistentes a la corrosión, pero caras. Las placas bipolares de composite basadas en polímero-grafito son considerablemente más económicas y ligeras, pero requieren una capa protectora y funcional adecuada para mantenerse estables y conductoras eléctricamente a largo plazo en el agresivo entorno ácido.
Aquí es donde entra el trabajo de Fraunhofer FEP: Sobre la base de una línea de recubrimiento por haz de electrones ya cualificada, se desarrolló un enfoque de recubrimiento para placas bipolares compuestas que combina las ventajas materiales de los materiales compuestos con las propiedades funcionales de una capa de titanio.
Proceso avanzado: capa densa de titanio a temperatura limitada
El recubrimiento se realiza mediante evaporación por haz de electrones activada por plasma (EB-PVD con SAD) en un sistema de vacío. Había que conciliar dos requisitos: Por un lado, las capas de titanio debían ser eléctricamente muy conductoras y resistentes a la corrosión; por otro, el material compuesto sensible a la temperatura no debía calentarse por encima de un límite de temperatura definido durante el proceso.
Para lograrlo, se adaptó el proceso establecido a los nuevos sustratos, se seleccionaron pretratamientos adecuados para la superficie rugosa del material compuesto y se controló cuidadosamente la carga térmica de las placas. Las mediciones y simulaciones de la distribución de la temperatura ayudaron a definir las ventanas del proceso en las que se pueden depositar películas finas compactas de titanio con una baja resistencia de contacto específica de la zona y una protección eficaz contra la corrosión, sin sobrepasar la temperatura permitida del plástico. Esto proporciona un enfoque escalable para fabricar placas bipolares de material compuesto rentables y funcionales para su uso en pilas de combustible y electrolizadores.
"Nuestras investigaciones demuestran que las placas bipolares de material compuesto pueden equiparse funcionalmente con finas capas de titanio de tal manera que se convierten en una alternativa real a las placas de titanio sólido, manteniendo al mismo tiempo los límites de temperatura de los polímeros", explica el Dr. Stefan Saager, Jefe del grupo de Recubrimientos para Metales y Tecnología Energética de Fraunhofer FEP. "Esto abre nuevas perspectivas para soluciones de fabricación rentables y de alta productividad en la tecnología del hidrógeno".
Del proceso piloto a la aplicación
Este nuevo trabajo se basa en desarrollos anteriores en el recubrimiento a alta velocidad de láminas metálicas para placas bipolares y traslada esta experiencia a los compuestos basados en polímeros. Como parte del proyecto PolyFoleR, Fraunhofer FEP, en colaboración con Fraunhofer UMSICHT, desarrolló tanto el propio proceso de recubrimiento como los métodos de medición y evaluación de la conductividad eléctrica y el comportamiento frente a la corrosión en condiciones casi prácticas. Así se creó un conjunto de herramientas que comprende el control del proceso, el pretratamiento, la optimización de la temperatura y la caracterización, lo que permite abordar con flexibilidad diferentes materiales compuestos. En el futuro, los resultados obtenidos podrán trasladarse a conceptos de producción continua, como las líneas de producción de rollo a rollo o de lámina a lámina.
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