La pile à combustible est en plein essor et Schmalz suit le mouvement

Depuis 2001, le petit monde des fabricants de véhicules à combustion est en pleine effervescence. Sur les salons de l’industrie automobile du début des années 2000, de plus en plus de constructeurs automobiles cherchaient à attirer l’attention sur leur vision « bleue » de la mobilité du futur : des véhicules à pile à combustible. Les constructeurs automobiles allemands ont également envoyé des flottes de véhicules d’essai sur les routes : silencieux, propres et, en tenant compte d’un certain nombre de mesures de sécurité, aussi faciles à utiliser que les voitures essence ou diesel. Puis, l’engouement pour la pile à combustible a diminué. Après des années de promotion de la mobilité électrique avec des batteries comme dispositif de stockage d’énergie, les promoteurs de l’hydrogène sont de nouveau sous les projecteurs. Dans une étude menée en avril 2021, la VDE allemande a défini la « gamme de véhicules du futur » comme un mélange de voitures axé sur la demande : batteries pour voitures, batterie ou pile à combustible pour camions, et carburants électriques pour les véhicules existants, les voitures de sport automobile et les voitures anciennes. La fédération allemande des industries de l’électrotechnique, de l’électronique et de l’ingénierie de l’information a pour cela interrogé des femmes et des hommes politiques et des chef(fe)s d’entreprises du domaine économique. Une chose est sûre : la pile à combustible est en plein essor et représente une opportunité à saisir pour la conduite zéro émission et l’économie en Allemagne en général. Une production efficace nécessite donc des systèmes de préhension automatisés qui gèrent les différents composants et modules en toute sécurité.

« La pile à combustible connaît actuellement une très belle dynamique. En Allemagne et en Europe, ainsi que dans certains pays d’Asie, des programmes de subvention permettent l’émergence de nouveaux acteurs et le maintien des grands acteurs », explique Matthias Müller, responsable des ventes internationales et de la gestion des grands comptes et des activités internationales chez J. Schmalz GmbH. Sa mission et celle de son équipe est de participer à tous les projets et d’offrir un haut degré d’innovation. « Nous y arrivons toujours sans problème grâce à notre capacité à gérer différents secteurs d’activité. C’est notre marque de fabrique, qui inclut le fait d’avoir les bons contacts et de conseiller nos clients de manière experte. Et cela est aussi dû à la collaboration étroite avec notre réseau de distribution. Grâce à des solutions très innovantes et à un solide département de développement, nous pouvons suivre la dynamique des marchés », explique M. Müller. Le réseau de l’entreprise implantée en Forêt-Noire est ainsi très dense : Schmalz travaille depuis déjà plusieurs dizaines d’années avec des constructeurs automobiles et participe à des projets de recherche nationaux. L’objectif : la production en série économique de piles à combustible. « L’automatisation est cruciale ici, et c’est là que nous entrons en jeu », ajoute M. Müller. Schmalz est bien placé pour ce rôle grâce à sa gamme complète de préhenseurs. Mais il reste encore beaucoup à faire dans le département de développement de l’entreprise de Glatten. « La dynamique du secteur se reflète dans les exigences imposées à nos concepteurs et développeurs : ils doivent en permanence adapter les systèmes de préhension à l’évolution des étapes de production, des pièces et des matériaux, ainsi qu’aux nouvelles structures des surface. »

Pour comprendre ce que veut dire Matthias Müller, il est utile de regarder une pile à combustible, dont la composition ressemble en principe à une batterie : une couche d’électrolyte sépare l’anode et la cathode et assure le transport des ions. Cet assemblage membrane-électrodes (AME) est le cœur de la pile à combustible. Autour se trouve une couche de diffusion gazeuse, et juste derrière des plaques bipolaires.

Les systèmes utilisés dans la production des AME doivent être particulièrement doux avec les surfaces sensibles et, dans l’idéal, pouvoir manipuler tous les composants. Schmalz combine donc plusieurs circuits de vide et technologies de préhension pour saisir de façon séquentielle la membrane dotée d’une couche de catalyseur, la couche de diffusion gazeuse et le cadre d’étanchéité. Les résidus de particules sur les pièces sont évités grâce à un volume de flux élevé et à la génération de vide pneumatique économe en énergie et à faible usure assurée par les éjecteurs compacts SCPM. « Notre système peut ainsi également être utilisé dans les salles blanches », explique M. Müller. Le principe de préhension sur toute la surface assuré par le préhenseur de surface protège contre la déformation des films minces. Celui-ci offre en effet à la fois un contact sur de grandes surfaces avec un faible niveau de vide, et un volume de flux élevé. Comme dans la production de batteries, l’expert du vide doit garantir une décharge électrostatique sûre à tout moment, en utilisant des surfaces de contact conformes aux normes ESD.

Les plaques bipolaires en métal ou en graphite entourent les AME. Leur fonction est de diriger l’hydrogène vers l’anode et l’oxygène vers la cathode, ainsi que d’évacuer l’eau de réaction et de libérer l’énergie thermique et électrique. Leurs surfaces sont conçues de façon à influencer l’efficacité de la pile à combustible par la suite. La recherche et le développement sont tout aussi dynamiques. « Notre équipe de développement doit tenir le rythme et adapter nos préhenseurs aux nouveaux formats et structures », explique M. Müller.

En principe, Schmalz utilise des préhenseurs de surface pour manipuler en toute sécurité des champs de flux structurés. En outre, les ventouses intégrées augmentent la force latérale autorisée, ce qui signifie que la plaque bipolaire reste en place malgré une accélération élevée. Le plastique des ventouses plates et le matériau HT1 des ventouses protègent les revêtements de surface contre les dommages et les résidus chimiques. Les moitiés incurvées convexes ou concaves de la plaque bipolaire sont aspirées en toute sécurité par la ventouse à coussin d’air SBS et entraînées en ligne droite grâce à des forces de préhension élevées. En outre, des capteurs intégrés identifient clairement les composants. Ceux-ci sont également importants dans la production de piles, c’est-à-dire l’acheminement des AME, des couches de diffusion gazeuse et des plaques bipolaires.

En fonction des différents composants, on retrouve quasiment toute la gamme des préhenseurs spéciaux de Schmalz à cette étape de la production : préhenseur de surface FLGR, préhenseur à flux SCG, ventouse à coussin d’air SBS et ventouse à vide classique. Leurs différentes technologies, qu’il s’agisse d’une préhension sur toute la surface ou d’une préhension avec un minimum de contact, permettent d’obtenir une pression faible sur les surfaces et de ne pas les contaminer. Par ailleurs, elles suivent le rythme du processus de production.

« Les exigences en matière de production de piles à combustible sont similaires à celles des batteries. Nous manipulons ici des matériaux comparables. Elles sont fines, dotées d’un revêtement et donc extrêmement sensibles. Et nous suivons le rythme de la dynamique du développement, tant dans les projets de recherche que dans la production en série », résume Matthias Müller. Après avoir discuté avec le directeur de la gestion internationale du secteur, il était clair que peu importait qu’il s’agisse de la vision « bleue » des constructeurs automobiles ou du plan « vert » des politiques, le bleu de Schmalz illuminera toujours la production automatisée de piles à combustible.