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Automated mass-manufacturing and quality assurance of Solid Oxide Fuel Cell stacks

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Una tecnología de pila de combustible más barata gracias a la automatización

El componente más caro de un sistema de pila de combustible de óxido sólido es la pila. Investigadores de la UE han desarrollado un nuevo proceso de fabricación en serie de pilas que mejora el control de calidad y reduce los costes.

Cambio climático y medio ambiente
Energía

Las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) son una de las tecnologías de energía renovable más prometedoras para reducir las emisiones de los dióxidos de carbono, azufre y nitrógeno. Sin embargo, una sola celda produce unas pocas decenas de vatios de electricidad. Para contrarrestar este escollo es necesario colocar las celdas en una pila de tal manera que generan más energía. La fabricación en serie de la tecnología de pilas de combustible se encuentra en una etapa relativamente temprana y solo ahora algunas tecnologías de celdas de combustible empiezan a madurar lo suficiente como para dar paso a su producción masiva. No obstante, a pesar del progreso significativo logrado en el último decenio en la tecnología SOFC, el coste sigue siendo el mayor escollo a su popularización. El capital invertido hoy en día en los sistemas SOFC de última generación se orienta en mayor medida a reducir los costes de la pila SOFC y a mejorar su calidad. Ambos objetivos se podrían lograr al reemplazar del trabajo manual por procedimientos automatizados en todas las partes fundamentales de los procesos de garantía de calidad y fabricación de las pilas.

La clave está en el control de calidad

El proyecto financiado con fondos europeos qSOFC abordó el desarrollo de un sistema de automatización y control de calidad para la fabricación de pilas SOFC. «Esto dará lugar a pilas SOFC considerablemente más baratas y de mayor calidad, e impulsará la popularización comercial de la tecnología», afirma el Markus Rautanen, coordinador del proyecto. Los investigadores optimizaron los pasos clave en la fabricación y el control de calidad de celdas mediante el desarrollo y la prueba de un proceso de fabricación de celdas a alta velocidad. «Se incluyó un sistema de inspección de visión artificial 3D automatizado (MVIS, por sus siglas en inglés) para detectar defectos en la fabricación de las celdas», explica Rautanen. Los socios del proyecto diseñaron y construyeron un sistema de reconocimiento por visión artificial innovador capaz de inspeccionar completamente una celda de combustible en diez segundos, y detectar defectos de hasta 10 micrómetros. «También desarrollamos la matriz de pruebas para la aplicación de una herramienta de análisis avanzada conocida como distribución de tiempos de relajación (DRT, por sus siglas en inglés) para evaluar y cuantificar el rendimiento de celdas, pilas, y componentes de pila», señala Rautanen.

Líder a escala mundial

La DRT es una herramienta analítica con la que interpretar datos de espectroscopia de impedancia electroquímica y es capaz de distinguir y calificar cada proceso electroquímico. En palabras de Rautanen: «La DRT puede examinar la calidad y homogeneidad de un lote de celdas e identificar cualquier anomalía o necesidad de mejoras específicas de forma más rápida y exhaustiva que por medios tradicionales». Esto permite a los fabricantes de celdas realizar un control de calidad de los lotes de celdas y evaluar la consistencia de la respuesta electroquímica y producir un conjunto de datos de control de calidad estadísticamente relevante. El conjunto de datos sirve para comparar el impacto de las modificaciones en el proceso de fabricación, como cambios en el origen y la tipología de las materias primas y mejoras en la arquitectura celular, de forma similar a los que ya se emplean desde hace tiempo en otros campos relacionados con la fabricación en serie. Al desarrollar procedimientos de fabricación y garantía de calidad adecuados para la producción masiva de pilas y componentes de pilas, como pilas de combustible individuales, qSOFC reforzó la posición de Europa como líder en tecnologías de pilas de combustible e hidrógeno. «Estos sistemas ofrecen la probabilidad de contar con un futuro más sostenible y oportunidades comerciales nuevas para las empresas de la UE y aumentar la competitividad de la industria europea de pilas de combustible, además de beneficiar a la sociedad en su conjunto», concluye Rautanen.

Palabras clave

qSOFC, pila, fabricación, SOFC, control de calidad aplicado a SOFC, MVIS, DRT, pila de combustible de óxido sólido, sistema de inspección por visión artificial, distribución de tiempos de relajación

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