Mercado del hidrógeno para pilas de combustible
y soluciones ThreeBond
El rápido progreso de la tecnología y de la industria del automóvil se acelera año tras año. El desarrollo de nuevas tecnologías abre continuamente nuevas oportunidades para la industria de los adhesivos y los sellantes. Entre estos sectores emergentes, el hidrógeno ha adquirido un impulso significativo durante las dos últimas décadas, impulsado por la necesidad mundial de reducir las emisiones de carbono y avanzar hacia soluciones energéticas más limpias. El hidrógeno se utiliza actualmente en una amplia gama de aplicaciones, entre las que se incluyen los vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV), los sistemas de almacenamiento de hidrógeno, los electrolizadores, las infraestructuras de repostaje y la generación estacionaria de electricidad. En el sector del automóvil en particular, las pilas de combustible de hidrógeno representan una solución clave para lograr una movilidad de cero emisiones, manteniendo al mismo tiempo una larga autonomía y tiempos de repostaje rápidos.
La protección de los recursos valiosos y la prevención de fugas han sido siempre el núcleo de la misión de ThreeBond. Durante más de 20 años, hemos participado activamente en el desarrollo de soluciones de sellado de alto rendimiento diseñadas para garantizar la contención segura y fiable del hidrógeno.
La innovación continua en ciencia y tecnología permite a ThreeBond desarrollar nuevas soluciones cada año. Gracias a la ciencia avanzada de los materiales y a la experiencia en procesos, ayudamos a nuestros clientes a superar los desafíos técnicos y a contribuir a un mundo más sostenible y duradero.
Requisitos de sellado del hidrógeno
El sellado de los sistemas de hidrógeno plantea varios desafíos técnicos debido a las propiedades físicas únicas del hidrógeno y a las condiciones de funcionamiento de los sistemas de pilas de combustible:
- Alta permeabilidad a la humedad, que puede afectar al rendimiento y la fiabilidad a largo plazo
- Alta permeabilidad al gas hidrógeno, debido al tamaño molecular extremadamente pequeño del hidrógeno
- Altos requisitos de cadencia de fabricación, que exigen procesos de sellado eficientes como:
- Tecnologías CIPG (Cured-In-Place Gasket)
- Soluciones de curado UV, que permiten tiempos de curado rápidos y una alta productividad
A lo largo de los años, ThreeBond ha desarrollado y validado múltiples soluciones de sellado para aplicaciones de hidrógeno, evaluadas mediante las Normas Industriales Japonesas (JIS) estandarizadas, entre las que se incluyen:
- JIS K 7129, para la evaluación de la permeabilidad al vapor de agua (humedad)
- JIS K 7126, para la medición de la permeabilidad al gas, incluido el hidrógeno
Aplicación en pilas de combustible
Una pila de combustible está compuesta por varias capas funcionales ensambladas con precisión, diseñadas para generar electricidad mediante una reacción electroquímica entre el hidrógeno y el oxígeno. Una celda individual incluye típicamente:
- Placas bipolares, que garantizan la distribución del hidrógeno y el aire, recogen la corriente y proporcionan resistencia mecánica
- MEA (Membrane Electrode Assembly), que consiste en una membrana de intercambio de protones situada entre capas catalizadoras y capas de difusión de gas
- Zonas de sellado, aplicadas alrededor de la zona activa para evitar fugas de hidrógeno, aire y refrigerante
Cada componente debe estar perfectamente alineado y sellado para garantizar la eficiencia, la durabilidad y la seguridad en las condiciones de presión y temperatura de funcionamiento.
Para garantizar un sellado hermético entre los diferentes componentes, los materiales de junta líquida se aplican con precisión directamente sobre las placas bipolares o los marcos. Dependiendo del proceso de producción y de los requisitos de rendimiento, el sellado se realiza mediante:
- Tecnologías FIPG (Formed-In-Place Gasket) o CIPG (Cured-In-Place Gasket)
- Procesos automatizados de dispensación o serigrafía, que garantizan una alta precisión, repetibilidad y compatibilidad con la producción en serie
Una vez dispensado, el material de sellado se cura — ya sea mediante curado térmico o curado UV — formando una junta robusta y continua.
Tras el sellado y el curado, las celdas individuales se ensamblan en un stack de pilas de combustible. Este proceso de apilado comprende:
- La alternancia de placas bipolares selladas y MEA en una secuencia precisa
- La alineación cuidadosa de todas las capas para mantener un flujo de gas uniforme y un contacto eléctrico adecuado
- La aplicación de una compresión controlada mediante placas terminales y varillas de anclaje para garantizar un rendimiento de sellado homogéneo
El stack final puede estar compuesto por decenas o cientos de celdas individuales, en función de la potencia objetivo. La integridad del sellado en todo el stack es esencial para prevenir fugas, garantizar la seguridad y mantener una alta eficiencia.
Nuestras soluciones
ThreeBond cuenta con más de 20 años de experiencia en el desarrollo de productos de sellado de hidrógeno y aplicaciones para pilas de combustible. Las primeras soluciones desarrolladas fueron productos de curado térmico, como el ThreeBond 1153E. Si bien estos productos ofrecían un excelente rendimiento de sellado, el curado térmico implica tiempos de curado relativamente largos, lo que limita el ritmo de producción.
Para seguir el ritmo de los rápidos avances tecnológicos, los equipos de I+D de ThreeBond desarrollaron posteriormente resinas de curado UV, reduciendo significativamente los tiempos de curado y permitiendo procesos de producción más rápidos y eficientes. Más recientemente, los esfuerzos se han centrado en las resinas serigráficas, que permiten mayores volúmenes de producción mediante dispensación y serigrafía automatizadas.
Hoy en día, ThreeBond ofrece una amplia gama de soluciones de sellado — FIPGs y CIPGs — compatibles con varios sistemas de dispensación, disponibles tanto en variantes termocurables como curables por UV.
- Monocomponente sin disolvente
- Curado térmico
- Monocomponente sin disolvente
- Curado por luz UV
- Excelente resistencia al calor, al agua, a los ácidos, al refrigerante y baja permeabilidad a la humedad
- Excelente retención de forma, baja deformación por compresión
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