Quali sono i tipi di placche bipolari?

Nei componenti principali delle celle a combustibile, le piastre bipolari svolgono un ruolo cruciale. Non solo conducono la corrente elettrica, ma servono anche a separare le singole unità della cella, a distribuire i gas e a dissipare il calore. Con il continuo progresso della tecnologia delle celle a combustibile, si è diversificata anche la varietà di materiali utilizzati per le piastre bipolari, che trovano impiego in applicazioni quali elettrolizzatori e batterie a flusso. I materiali più comuni per le piastre bipolari includono metalli, grafite e grafite composita, ognuno con i propri vantaggi e svantaggi specifici, e adatto a diversi scenari applicativi.

1. Piastra bipolare metallica

Le piastre bipolari metalliche sono tra i primi materiali utilizzati nelle celle a combustibile. I materiali metallici più comuni includono acciaio inossidabile, leghe di titanio e leghe di alluminio. Questi metalli presentano un'eccellente resistenza meccanica e conduttività elettrica, il che li ha resi ampiamente utilizzati nelle prime applicazioni delle celle a combustibile.

Vantaggi

• Elevata conduttività: i materiali metallici presentano un'eccellente conduttività elettrica, che contribuisce a migliorare l'efficienza complessiva delle celle a combustibile.
• Elevata resistenza meccanica: le piastre bipolari in metallo possiedono un'elevata resistenza meccanica, che consente loro di sopportare pressioni maggiori e impatti esterni, rendendole adatte ad applicazioni su larga scala.
• Buona lavorabilità: i materiali metallici possono essere facilmente modellati mediante stampaggio, taglio laser e altri processi di produzione, con conseguente riduzione dei costi e maggiore efficienza produttiva.

Svantaggi

• Scarsa resistenza alla corrosione: i metalli sono soggetti a corrosione nelle reazioni elettrochimiche, soprattutto in caso di esposizione prolungata ad ambienti contenenti idrogeno e ossigeno. Ciò può causare ossidazione e degrado superficiale, riducendone la durata.
• Costi più elevati: i metalli ad alte prestazioni, come l'acciaio inossidabile e le leghe di titanio, sono costosi. Inoltre, la necessità di trattamenti superficiali anticorrosione aumenta ulteriormente i costi di produzione.
• Peso maggiore: rispetto ad altri materiali, le piastre bipolari in metallo sono più pesanti, il che può rappresentare un limite per le applicazioni in cui il peso è un fattore critico (ad esempio, nel settore automobilistico).

Applicazioni
Le piastre bipolari metalliche sono tipicamente utilizzate nei sistemi a celle a combustibile che richiedono elevata resistenza e alta potenza in uscita. Ad esempio, nei sistemi di generazione di energia a celle a combustibile su larga scala o nelle apparecchiature industriali ad alta potenza, le piastre bipolari metalliche sono ampiamente utilizzate grazie alla loro eccellente resistenza e durata.

2. Piastra bipolare in grafite

Piastre bipolari in grafiteSono uno dei materiali più utilizzati nelle celle a combustibile. La grafite, di per sé, presenta un'eccellente conduttività elettrica, resistenza alla corrosione e stabilità alle alte temperature. Grazie ai progressi nella tecnologia di lavorazione della grafite, le piastre bipolari in grafite sono gradualmente diventate predominanti nelle applicazioni delle celle a combustibile.

Vantaggi

• Eccellente resistenza alla corrosione: la grafite presenta un'eccezionale resistenza all'idrogeno, all'ossigeno e agli ambienti acidi, consentendo alle piastre bipolari in grafite di mantenere prestazioni stabili nel tempo.
• Peso ridotto: grazie alla bassa densità della grafite, le piastre bipolari in grafite sono leggere, il che le rende ideali per applicazioni in cui il peso è un fattore critico, come ad esempio i veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV).
• Elevata conduttività: la superiore conduttività elettrica della grafite contribuisce a migliorare l'efficienza complessiva della batteria.

Svantaggi

• Fragilità: la grafite è relativamente fragile e poco tenace, il che la rende soggetta a crepe sotto alta pressione o forti vibrazioni.
• Lavorazione complessa: sebbene la grafite sia lavorabile, la produzione di piastre bipolari in grafite richiede una lavorazione di alta precisione, difficile da controllare. Inoltre, l'uso di lubrificanti durante la produzione aumenta i costi.
• Assorbimento di umidità: la grafite è igroscopica e l'accumulo di umidità può influire negativamente sulla sua conduttività e resistenza alla corrosione, soprattutto in ambienti umidi.

Applicazioni

Le piastre bipolari in grafite sono comunemente utilizzate nei sistemi a celle a combustibile di piccole e medie dimensioni, soprattutto in applicazioni di trasporto come i veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV). La loro leggerezza e resistenza alla corrosione le rendono particolarmente adatte a questi scenari.

3. Piastra bipolare in grafite composita

Le piastre bipolari in grafite composita sono un nuovo tipo di materiale composito formato dalla combinazione di grafite con altri materiali (come resine e fibre di carbonio). Il vantaggio della grafite composita risiede nella sua capacità di conservare i benefici della grafite, compensandone al contempo la fragilità e le difficoltà di lavorazione grazie all'aggiunta di altri materiali.

Vantaggi

• Resistenza meccanica migliorata: grazie all'incorporazione di altri materiali, la grafite composita migliora la resistenza meccanica delle materie prime, attenua la fragilità intrinseca della grafite e riduce il rischio di frattura.
• Eccellente resistenza alla corrosione: la grafite composita mantiene la superiore resistenza alla corrosione della grafite, risultando ideale per l'esposizione prolungata ad ambienti acidi.
• Peso e costi ridotti: grazie al peso inferiore e ai costi di produzione controllati, la grafite composita offre un miglior rapporto costo-efficacia rispetto ai materiali metallici.

Svantaggi

• Processi complessi: nonostante i vantaggi in termini di prestazioni, la produzione di grafite composita richiede tecnologie avanzate e garantire l'uniformità del materiale rimane una sfida, con possibili ripercussioni sulla stabilità delle piastre bipolari.
• Conduttività leggermente ridotta: l'aggiunta di altri materiali può ridurre leggermente la conduttività complessiva, influenzando l'efficienza della cella a combustibile rispetto alla grafite pura.

Applicazioni
Le piastre bipolari in grafite composita sono ampiamente utilizzate nei sistemi a celle a combustibile che richiedono elevata resistenza meccanica e lunga durata, in particolare nei trasporti, nella generazione di energia portatile e nei sistemi di alimentazione di emergenza. Grazie ai continui progressi tecnologici, le loro prospettive di applicazione si stanno espandendo rapidamente.