Placas bipolares: mecanizado y precisión

Una placa bipolar es un componente plano, generalmente de grafito o metal (acero inoxidable, titanio o aluminio), que presenta en sus caras una red de canales de flujo. Su diseño es determinante para la eficiencia global del sistema.

Las funciones principales que debe garantizar el componente son:

• Distribución de reactivos: Los canales deben guiar el hidrógeno al ánodo y el oxígeno al cátodo de manera uniforme.
• Conducción eléctrica: Deben poseer una alta conductividad para permitir el flujo de electrones entre celdas.
• Gestión térmica y de agua: Deben facilitar la refrigeración de la celda y la eliminación del agua resultante de la reacción electroquímica.
• Estanqueidad: Deben separar físicamente los gases para evitar mezclas peligrosas.

La elección del proceso depende del material y del volumen de producción. Mientras que el estampado es común para grandes series de placas metálicas, el mecanizado CNC (Computer Numerical Control) y el grabado fotoquímico (PCE, Photo Chemical Etching) son esenciales para prototipado y series de alta precisión donde la integridad estructural no debe verse comprometida por tensiones térmicas o mecánicas.

Tolerancias y precisión exigida

Según datos de la industria, las tolerancias requeridas para los canales de flujo son extremadamente críticas, situándose habitualmente entre 20 y 30 µm (micras) para asegurar un rendimiento óptimo de la pila [fuente: Hexagon^[1]].

El mecanizado de estas piezas requiere maquina-herramienta de alta velocidad y gran precisión, a menudo utilizando estrategias de arranque de viruta con herramientas de diámetro muy reducido para definir las geometrías de "espina de pez" o serpentín, cada vez más comunes para mejorar la eficiencia del flujo.

La fabricación de componentes para el sector del hidrógeno en España se enmarca dentro del CNAE 2553 (Mecanizado de metales), que engloba las actividades de transformación necesarias para alcanzar las especificaciones técnicas exigidas.

Normas aplicables

El diseño y fabricación de sistemas de hidrógeno están sujetos a una estricta normativa internacional, esencial para la certificación de los equipos:

• ISO 14687: Define las especificaciones de calidad del combustible hidrógeno, fundamental para el diseño de los canales de flujo que deben evitar la acumulación de contaminantes.
• ISO 19880: Serie de normas que regulan los requisitos generales para estaciones de repostaje y componentes de sistemas de hidrógeno.
• UNE-EN ISO 21011: Aplicable a válvulas y componentes de sistemas de gases comprimidos, a menudo utilizada como referencia para la estanqueidad de los stacks.

Para las empresas del sector, contar con certificaciones como la ISO 9001:2015 es el estándar mínimo para garantizar la trazabilidad y la repetibilidad en la fabricación de placas bipolares, especialmente cuando se trabaja con materiales avanzados que requieren recubrimientos específicos para evitar la corrosión en ambientes ácidos.

El sector se divide principalmente entre placas de grafito y metálicas. Las metálicas (acero inoxidable 316L o titanio) están ganando terreno en aplicaciones de automoción debido a su menor peso y mayor densidad de potencia. Sin embargo, su mecanizado es más complejo debido a la necesidad de mantener propiedades de baja resistencia de contacto superficial, lo que a menudo implica la aplicación de recubrimientos conductores tras el proceso de conformado o mecanizado.

El mecanizado de grandes dimensiones o la recuperación de utillajes industriales para este sector requiere una alta especialización en metrología dimensional para verificar que las complejas geometrías internas cumplen con los estándares exigidos.

• Normativa internacional sobre calidad del hidrógeno (ISO 14687)^[2]
• Requisitos técnicos y normativos en sistemas de hidrógeno (UNE/AENOR)^[3]
• Capacidades de medición y tolerancias en placas bipolares (Hexagon)^[1]
• Guía de clasificación CNAE 2553 (INE)^[4]