Recubrimientos superiores de bajo costo para placas bipolares metálicas

La economía mundial del hidrógeno se expande a un ritmo acelerado para satisfacer las necesidades ambientales. Para respaldar esta expansión, la demanda de celdas de combustible y electrolizadores también está en crecimiento. Con el fin de ser aceptados, los conjuntos de pilas de combustible y electrolizadores deben cumplir unos requisitos muy exigentes: tienen que mostrar un rendimiento estable y fiable en niveles de demanda elevados a largo plazo, a un nivel de precio aceptable.

En numerosas aplicaciones, las pilas de membranas de intercambio de protones (PEM) evolucionan desde las placas bipolares de grafito hacia las de titanio o acero inoxidable. El acero inoxidable, en particular, tiene la combinación adecuada de conformabilidad, propiedades mecánicas y asequibilidad para las pilas de combustible. Sin embargo, las condiciones electroquímicas dentro de las pilas de combustible y los electrolizadores son difíciles. Esto requiere que las placas bipolares de acero inoxidable estén provistas de una resistencia a la corrosión mejorada, y mantener a la vez una alta conductividad eléctrica. Dos recubrimientos bien probados y establecidos en la cartera de IHI Ionbond son muy adecuados para esta tarea, como se describe a continuación.

Tecnología de pila de combustible DOT™

La tecnología DOT™ es un tratamiento dúplex. Se necesita un recubrimiento para proteger la placa bipolar de acero inoxidable de la lixiviación de los metales en la celda y el envenenamiento de la funcionalidad de la membrana, lo que conduciría a la reducción del rendimiento de la pila a largo plazo. La capa inicial es a base de titanio, depositado mediante la probada tecnología de pulverización catódica PVD.

El segundo paso se basa en la pulverización térmica de puntos de un metal noble. Debido a la temperatura de pulverización térmica, el titanio expuesto formará un óxido de titanio resistente a la corrosión, mientras que los puntos de metal noble se funden con el sustrato metálico con una excelente adhesión para brindar conductividad.

La tecnología DOT™ también se puede aplicar en placas bipolares de titanio. En este caso, solo se necesita el proceso de pulverización térmica, sin un recubrimiento inicial de PVD de titanio.

Tecnología de celdas de combustible de carbono

Un recubrimiento de carbono también puede proteger las placas bipolares de acero inoxidable, además de permitir la conductividad eléctrica. Los recubrimientos de carbono también pueden evitar que las placas lixivien metales en la celda, envenenando la funcionalidad de la membrana y provocando una reducción del rendimiento de la pila a largo plazo. El recubrimiento de carbono se deposita mediante la probada tecnología PVD.

Para conseguir un buen rendimiento en términos de adhesión, conductividad y resistencia a la corrosión, se realiza una etapa de limpieza con plasma y una capa especial de adhesión con base metálica en la solución de recubrimiento. El proceso de recubrimiento de carbono está optimizado para permitir una buena durabilidad durante las condiciones normales de funcionamiento del automóvil y para soportar los picos de alta tensión que se pueden producir durante los arranques en frío.

Tecnología Electrolyzer DOT™

La tecnología de pulverización térmica DOT™ es una solución adecuada y rentable para el recubrimiento de placas bipolares de electrolizadores a base de titanio. En la actualidad, se suelen utilizar recubrimientos de platino de película completa, que son extremadamente caros y limitan a los electrolizadores a una única opción de material de recubrimiento tanto para el lado del cátodo como del ánodo de las placas bipolares. También limita el tamaño de las placas bipolares.

La tecnología Electrolyzer DOT™ incluye la pulverización de salpicaduras definidas de metal a ambos lados de la placa bipolar. Esto reduce la cantidad de metal precioso que se requiere y permite la opción de utilizar diferentes metales en cada lado de la placa para maximizar la funcionalidad del cátodo y del ánodo en los voltajes de funcionamiento más altos del sistema.