L’automazione traina la tecnologia delle celle a combustibile verso una maggiore convenienza
Le SOFC figurano tra le tecnologie a energia rinnovabile più promettenti poiché contribuiscono a ridurre le emissioni di ossidi di carbonio, ossidi di zolfo e di ossidi di azoto. Tuttavia, una singola cella produce appena alcune decine di watt di elettricità. La soluzione consiste nel disporre le celle impilate per fornire una maggiore energia, analogamente alle batterie in un pacco batterie. In termini di produzione di massa, la tecnologia delle celle a combustibile si trova in una fase pressoché iniziale. Ad oggi, solo alcune tecnologie di celle a combustibile sono maturate fino a raggiungere un livello abbastanza alto per dare inizio alla produzione concreta. Eppure, nonostante i notevoli progressi compiuti nell’ultimo decennio nell’ambito della tecnologia delle celle a combustibile a ossido solido, il costo rimane il più grande ostacolo a un’accettazione di più ampio respiro. L’odierna spesa in conto capitale per sistemi di celle a combustibile a ossido solido all’avanguardia riguarda la riduzione dei costi e il miglioramento della qualità delle pile di questa tipologia di celle. Tale obiettivo potrebbe essere raggiunto tramite la sostituzione del lavoro manuale con procedure automatizzate in tutte le parti fondamentali dei processi di produzione e di controllo qualità delle pile.
La chiave è l’ispezione della qualità
Il progetto qSOFC, finanziato dall’UE, ha affrontato questa sfida sviluppando l’automazione e il controllo qualità per la produzione di pile di celle a combustibile a ossido solido. «Ciò condurrà alla creazione di pile di celle a combustibile a ossido solido considerevolmente più convenienti e di qualità più elevata, potenziando pertanto la penetrazione nel mercato di questa tecnologia», afferma Markus Rautanen, coordinatore del progetto. I ricercatori hanno ottimizzato i passaggi chiave della produzione e del controllo qualità delle celle, realizzando e collaudando un processo di produzione delle celle ad alta velocità. «Ciò comprende un sistema di ispezione 3D automatizzato con visione artificiale (MVIS, Machine Vision Inspection System) per il rilevamento di difetti nella produzione delle celle», spiega Rautanen. I partner del progetto hanno concepito e costruito un sistema innovativo di ispezione con visione artificiale che è in grado di ispezionare interamente una cella a combustibile in 10 secondi, rilevandone i difetti più piccoli, fino a una dimensione di 10 μm. «Inoltre, abbiamo elaborato una matrice di prova per l’applicazione di uno strumento avanzato di analisi, noto come distribuzione dei tempi di rilassamento (DRT, Distribution of Relaxation Times) per la valutazione e la quantificazione delle prestazioni di celle, pile e componenti della pila», osserva Rautanen.
Un leader mondiale
La distribuzione dei tempi di rilassamento è uno strumento di analisi che interpreta i dati provenienti dalla spettroscopia di impedenza elettrochimica, riuscendo a distinguere e a qualificare ogni processo elettrochimico. Secondo Rautanen: «La distribuzione dei tempi di rilassamento può analizzare la qualità e l’uniformità di un determinato lotto di celle, individuandone qualsiasi anomalia o esigenza di miglioramenti specifici in modo più rapido e approfondito rispetto ai metodi tradizionali». Ciò permette ai produttori di celle di effettuare il controllo qualità di lotti di celle per valutare la coerenza della risposta elettrochimica e creare una serie di dati di controllo della qualità statisticamente pertinente. La serie di dati è impiegata per condurre una valutazione comparativa dell’impatto delle modifiche apportate al processo di produzione. Tali modifiche comprendono cambiamenti relativi a origine e tipologia delle materie prime, nonché miglioramenti nell’architettura delle celle, simili a quelli già consolidati in altri settori che prevedono la produzione di massa. Con lo sviluppo di procedure di produzione e controllo qualità adatte alla produzione di massa di pile e componenti di pile, tra cui celle a combustibile singole, il progetto qSOFC ha rafforzato la posizione dell’Europa come leader delle tecnologie di celle a combustibile e idrogeno. «Tali tecnologie spianano la strada a un futuro più sostenibile e a nuove opportunità commerciali per le aziende dell’UE, aumentando il livello di competitività del settore europeo delle celle a combustibile e fornendo vantaggi alla società nel suo insieme», conclude Rautanen.
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