Mercato dell'idrogeno per le celle a combustibile
e le soluzioni ThreeBond
I rapidi progressi della tecnologia e dell'industria automobilistica accelerano di anno in anno. Lo sviluppo di nuove tecnologie apre continuamente nuove opportunità per l'industria degli adesivi e dei sigillanti. Tra questi settori emergenti, l'idrogeno ha acquisito un impulso significativo negli ultimi due decenni, trainato dalla necessità globale di ridurre le emissioni di carbonio e di orientarsi verso soluzioni energetiche più pulite. L'idrogeno viene oggi utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui i veicoli elettrici a cella a combustibile (FCEV), i sistemi di stoccaggio dell'idrogeno, gli elettrolizzatori, le infrastrutture di rifornimento e la produzione stazionaria di energia. Nel settore automobilistico in particolare, le celle a combustibile a idrogeno rappresentano una soluzione chiave per raggiungere una mobilità a zero emissioni mantenendo al contempo una lunga autonomia e tempi di rifornimento rapidi.
La protezione delle risorse preziose e la prevenzione delle perdite sono sempre state al centro della missione di ThreeBond. Da oltre 20 anni siamo attivamente coinvolti nello sviluppo di soluzioni di tenuta ad alte prestazioni progettate per garantire il contenimento sicuro e affidabile dell'idrogeno.
L'innovazione continua nella scienza e nella tecnologia consente a ThreeBond di sviluppare nuove soluzioni ogni anno. Grazie a una scienza dei materiali avanzata e a una competenza nei processi, supportiamo i nostri clienti nel superare le sfide tecniche e nel contribuire a un mondo più sostenibile e duraturo.
Requisiti di tenuta per l'idrogeno
La tenuta dei sistemi a idrogeno presenta diverse sfide tecniche legate alle proprietà fisiche uniche dell'idrogeno e alle condizioni operative dei sistemi a cella a combustibile:
- Elevata permeabilità all'umidità, che può influire sulle prestazioni e sull'affidabilità a lungo termine
- Elevata permeabilità al gas idrogeno, dovuta alle dimensioni molecolari estremamente ridotte dell'idrogeno
- Elevati requisiti di cadenza produttiva, che richiedono processi di tenuta efficienti quali:
- Le tecnologie CIPG (Cured-In-Place Gasket)
- Le soluzioni di reticolazione UV, che consentono tempi di reticolazione rapidi e un'elevata produttività
Nel corso degli anni, ThreeBond ha sviluppato e validato molteplici soluzioni di tenuta per applicazioni all'idrogeno, valutate secondo le Norme Industriali Giapponesi (JIS) standardizzate, tra cui:
- JIS K 7129, per la valutazione della permeabilità al vapore acqueo (umidità)
- JIS K 7126, per la misurazione della permeabilità ai gas, incluso l'idrogeno
Applicazione nelle celle a combustibile
Una cella a combustibile è composta da diversi strati funzionali assemblati con precisione, progettati per generare elettricità attraverso una reazione elettrochimica tra idrogeno e ossigeno. Una singola cella comprende tipicamente:
- Le piastre bipolari, che garantiscono la distribuzione dell'idrogeno e dell'aria, raccolgono la corrente e forniscono resistenza meccanica
- Il MEA (Membrane Electrode Assembly), composto da una membrana a scambio protonico racchiusa tra strati catalitici e strati di diffusione del gas
- Le zone di tenuta, applicate attorno alla zona attiva per prevenire perdite di idrogeno, aria e liquido di raffreddamento
Ogni componente deve essere perfettamente allineato e sigillato per garantire efficienza, durata e sicurezza nelle condizioni operative di pressione e temperatura.
Per garantire una tenuta ermetica tra i diversi componenti, i materiali per guarnizioni liquide vengono applicati con precisione direttamente sulle piastre bipolari o sui telai. A seconda del processo produttivo e dei requisiti di prestazione, la tenuta viene realizzata mediante:
- Le tecnologie FIPG (Formed-In-Place Gasket) o CIPG (Cured-In-Place Gasket)
- I processi automatizzati di dispensazione o serigrafia, che garantiscono elevata precisione, ripetibilità e compatibilità con la produzione in serie
Una volta dispensato, il materiale di tenuta viene reticolato — sia mediante reticolazione termica che mediante reticolazione UV — formando una guarnizione robusta e continua.
Dopo la tenuta e la reticolazione, le singole celle vengono assemblate in uno stack di celle a combustibile. Questo processo di impilamento prevede:
- L'alternanza di piastre bipolari sigillate e MEA in una sequenza precisa
- L'allineamento accurato di tutti gli strati per mantenere un flusso di gas uniforme e un contatto elettrico omogeneo
- L'applicazione di una compressione controllata mediante piastre terminali e tiranti per garantire prestazioni di tenuta costanti
Lo stack finale può essere composto da decine o centinaia di celle individuali, a seconda della potenza obiettivo. L'integrità della tenuta nell'intero stack è essenziale per prevenire perdite, garantire la sicurezza e mantenere un'elevata efficienza.
Le nostre soluzioni
ThreeBond vanta oltre 20 anni di esperienza nello sviluppo di prodotti di tenuta per l'idrogeno e applicazioni per celle a combustibile. Le prime soluzioni sviluppate erano prodotti a reticolazione termica, come il ThreeBond 1153E. Sebbene questi prodotti offrissero eccellenti prestazioni di tenuta, la reticolazione termica comporta tempi di reticolazione relativamente lunghi, il che limita la cadenza produttiva.
Per stare al passo con i rapidi progressi tecnologici, i team R&D di ThreeBond hanno successivamente sviluppato resine a reticolazione UV, riducendo significativamente i tempi di reticolazione e consentendo processi produttivi più rapidi ed efficienti. Più recentemente, gli sforzi si sono concentrati sulle resine serigrafabili, che permettono volumi di produzione più elevati grazie alla dispensazione e alla stampa automatizzate.
Oggi ThreeBond offre un'ampia gamma di soluzioni di tenuta — FIPG e CIPG — compatibili con vari sistemi di dispensazione, disponibili nelle varianti a reticolazione termica e a reticolazione UV.
- Monocomponente senza solventi
- Reticolazione termica
- Monocomponente senza solventi
- Reticolazione con luce UV
- Eccellente resistenza al calore, all'acqua, agli acidi, al liquido di raffreddamento e bassa permeabilità all'umidità
- Eccellente mantenimento della forma, bassa deformazione per compressione
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