{"id":11839,"date":"2026-03-09T03:03:00","date_gmt":"2026-03-09T03:03:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.publiteconline.it\/deformazione\/?p=11839"},"modified":"2026-03-06T10:03:39","modified_gmt":"2026-03-06T10:03:39","slug":"alla-scoperta-delle-attivita-di-ricerca-per-la-produzione-di-piastre-bipolari-metalliche","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.publiteconline.it\/deformazione\/2026\/03\/alla-scoperta-delle-attivita-di-ricerca-per-la-produzione-di-piastre-bipolari-metalliche\/","title":{"rendered":"Alla scoperta delle attivit\u00e0 di ricerca per la produzione di piastre bipolari metalliche"},"content":{"rendered":"\n

Nel contesto della transizione energetica e dello sviluppo delle celle a combustibile, le piastre bipolari metalliche rappresentano un elemento chiave ma ancora critico in termini di costi e producibilit\u00e0. L\u2019attivit\u00e0 di ricerca del Fraunhofer IPT<\/a> \u00e8 focalizzata sull\u2019industrializzazione dei processi di formatura e sulla progettazione di sistemi di produzione ad alte prestazioni, con l\u2019obiettivo di rendere possibile una produzione in serie economica, precisa e scalabile per il futuro mercato dell\u2019idrogeno.<\/h2>\n\n\n\n

Nel corso della transizione dai combu\u00adstibili fossili alle fonti energetiche rin\u00adnovabili, l\u2019idrogeno<\/strong> \u00e8 considerato una componente chiave dei sistemi ener\u00adgetici futuri. In alternativa al motore a combustione convenzionale, le celle a combustibile consentono sia una mo\u00adbilit\u00e0 a basse emissioni che un approvvigionamento energetico indipendente dalla rete. Sebbene la tecnologia sia sta\u00adta oggetto di intense ricerche per anni, molti componenti non sono ancora di\u00adsponibili nelle quantit\u00e0 richieste e a co\u00adsti economicamente sostenibili. Per un uso industriale diffuso delle celle a com\u00adbustibile sono quindi necessarie tecno\u00adlogie di produzione ad alte prestazioni adatte alla produzione in serie. In questo contesto, l\u2019Istituto Fraunhofer per la tecnologia di produzione (IPT)<\/strong> di Aquisgrana sta lavorando allo sviluppo di processi di produzione economici per le piastre bipolari meta<\/strong>, considerate un elemento funzionale centrale delle celle a combustibile. L\u2019attenzione si concentra sull\u2019industria\u00adlizzazione della produzione di celle a combustibile ed elettrolizzatori<\/strong>. Si stan\u00adno studiando processi efficienti, sistemi di produzione integrati e la relativa in\u00adgegneria meccanica e impiantistica con l\u2019obiettivo di consentire una produzione in serie economica.<\/p>\n\n\n\n

Struttura e funzione di una cella a combustibile<\/h3>\n\n\n\n

La tecnologia delle celle a combustibile sta assumendo un\u2019importanza sempre maggiore nell\u2019ambito della ristruttura\u00adzione dell\u2019approvvigionamento energe\u00adtico ed \u00e8 considerata una tecnologia chiave del XXI secolo. Le celle a combu\u00adstibile vengono prese in considerazione nelle strategie nazionali e nei piani in\u00addustriali, in particolare nel contesto del\u00adla decarbonizzazione <\/strong>dei trasporti e dei veicoli commerciali pesanti. Nel 2025, il mercato globale dei veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) era stimato a 3,09 miliardi di dollari USA e si preve\u00adde che raggiunger\u00e0 un volume di 17,73 miliardi di dollari USA entro il 20341<\/sup>. Ci\u00f2 corrisponde a una crescita prevista del 21,4 % tra il 2024 e il 2034. Ad esem\u00adpio, la roadmap tecnologica della Cina prevede un aumento dagli attuali 10 000 veicoli a celle a combustibile a oltre 5 milioni di veicoli nel 20242<\/sup>.<\/p>\n\n\n

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\"Figura
Figura 2: Piastra bipolare per l’uso in una cella a combustibile.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Lo stack <\/strong>\u00e8 il cuore della cella a combu\u00adstibile PEM. \u00c8 costituito da singole cel\u00adle collegate elettricamente in serie, per cui le prestazioni complessive del si\u00adstema dipendono dal numero di celle, dall\u2019area attiva delle celle e dalla den\u00adsit\u00e0 di potenza dello stack. Lo stack \u00e8 costituito da un gran numero di singo\u00adli componenti ripetuti. Una singola cel\u00adla all\u2019interno dello stack \u00e8 costituita da due piastre bipolari, che rappresentano rispettivamente l\u2019anodo e il catodo, se\u00adparate da una membrana conduttrice di ioni. La piastra bipolare garantisce l\u2019a\u00adlimentazione omogenea di idrogeno e ossigeno alla membrana. La piastra bi\u00adpolare \u00e8 anche responsabile del con\u00adtatto elettrico e della stabilit\u00e0 mecca\u00adnica. Per garantire un\u2019elevata densit\u00e0 di potenza gravimetrica, le piastre bi\u00adpolari sono realizzate in lamina metal\u00adlica con uno spessore compreso tra 50 e 100 \u03bcm<\/strong>. A causa dell\u2019ambiente acido all\u2019interno della cella a combustibile, le piastre bipolari sono realizzate princi\u00adpalmente in acciaio inossidabile, tipica\u00admente AISI 316L. La figura 1 mostra una struttura schematica di una cella a com\u00adbustibile PEM.<\/p>\n\n\n\n

Le piastre bipolari non solo hanno un\u2019in\u00adfluenza determinante sulle prestazioni e sulla durata <\/strong>delle celle a combustibi\u00adle, ma rappresentano anche fino all\u201980% del peso totale e circa il 22% dei costi di produzione, a seconda del design del sistema3<\/sup>. Per gli stack di celle a com\u00adbustibile avanzati utilizzati in applicazio\u00adni automobilistiche, stazionarie e mobi\u00adli, \u00e8 essenziale una produzione in serie di alta qualit\u00e0 e precisione delle piastre bipolari metalliche. Una cella a combu\u00adstibile per applicazioni automobilistiche ha fino a 400 piastre bipolari con una dimensione di 70.000 mm\u00b2. Ci\u00f2 pone le tecnologie di lavorazione della lamie\u00adra, come la formatura, lo stampaggio, la punzonatura e i processi roll-to-roll, al centro dello sviluppo industriale, cre\u00adando nuove opportunit\u00e0 e sfide per le aziende di lavorazione della lamiera<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Catena di processo per la produzione di piastre bipolari<\/h3>\n\n\n
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\"Figura
Figura 3: Linea di presse servoassistite presso il Fraunhofer IPT
per prove orientate all\u2019industria dei processi di lavorazione della lamiera.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

La produzione di piastre bipolari in gran\u00addi quantit\u00e0 rappresenta una sfida con\u00adsiderevole, in particolare per l\u2019industria della lavorazione della lamiera. \u00a0La catena di processo comprende le se\u00adguenti fasi di produzione: formatura <\/strong>me\u00addiante un processo di stampaggio, se\u00adparazione <\/strong>delle semipiastre mediante taglio a cesoia o taglio laser, unione<\/strong> del\u00adle semipiastre per formare una piastra bipolare completa, applicazione della guarnizione<\/strong>, controllo qualit\u00e0 <\/strong>e prova di tenuta, nonch\u00e9 applicazione di un rive\u00adstimento <\/strong>per ottimizzare ulteriormente la conduttivit\u00e0 elettrica e la resistenza alla corrosione4<\/sup>.<\/p>\n\n\n\n

Presso il Fraunhofer IPT, i processi di produzione della piastra bipolare vengo\u00adno sviluppati, analizzati e ottimizzati <\/strong>in termini di ingegneria dei sistemi e tec\u00adnologia di processo. A tal fine, vengono determinati i requisiti dei processi e del\u00adle macchine speciali e vengono costruiti prototipi di questi sistemi.<\/p>\n\n\n\n

Formatura efficiente nello stampo progressivo<\/h3>\n\n\n\n

Il Fraunhofer IPT sta studiando la for\u00admatura di piastre bipolari in stampi pro\u00adgressivi<\/strong> per ottenere velocit\u00e0 di cor\u00adsa pi\u00f9 elevate e migliorare il processo attraverso la funzionalizzazione degli utensili. La sfida consiste nell\u2019aumenta\u00adre il numero di corse al minuto mante\u00adnendo un\u2019elevata qualit\u00e0 di formatura. A tal fine, vengono determinate le variabi\u00adli che influenzano il processo di forma\u00adtura e identificati i possibili fattori di di\u00adsturbo. La figura 2 mostra una piastra bipolare metallica, progettata dal Frau\u00adnhofer IPT in collaborazione con partner industriali, e la sua sezione trasversale caratteristica dei canali di flusso.<\/p>\n\n\n\n

I requisiti di tolleranza per i canali di flusso sono compresi nell\u2019intervallo \u00b15 \u03bcm<\/strong> con elevata ripetibilit\u00e0, poich\u00e9 an\u00adche piccole deviazioni possono influire sulle prestazioni dello stack5<\/sup>. Per una distribuzione uniforme del gas \u00e8 neces\u00adsario un rapporto elevato tra profondi\u00adt\u00e0 e larghezza dei canali, che consente di ottenere un grado di formatura ele\u00advato, ottenibile solo con forze di forma\u00adtura elevate6<\/sup>. Inoltre, durante la for\u00admatura profonda delle piastre bipolari, ampie aree della lamiera sono a contat\u00adto con lo stampo e devono essere for\u00admate contro la forza di attrito7<\/sup>.<\/p>\n\n\n

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Figura 4: Stampo progressivo per la formatura di piastre bipolari <\/em>
sulla AIDA BEX 16000 a Pavone Mella (BS).<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Il Fraunhofer IPT dispone di una pro\u00adpria linea di presse servoassistite con una pressa servoassistita per la forma\u00adtura industriale di piastre bipolari nel\u00adlo stampo progressivo, come mostrato nella figura 3. Ci\u00f2 consente di realizza\u00adre progetti di ricerca mirati con clien\u00adti industriali<\/strong>. Per studiare la formatura delle piastre bipolari in relazione all\u2019in\u00adfluenza della pressa, il Fraunhofer IPT, effettuato un test sugli utensili su una serie di presse appositamente svilup\u00adpate per le piastre bipolari. A tal fine, il Fraunhofer IPT ha sviluppato e costruito uno stampo progressivo multistadio e lo ha testato sulla pressa AIDA BEX 1600<\/strong> presso AIDA <\/a>a Pavone Mella (BS). Lo scopo del test sugli utensili era quello di studiare l\u2019influenza della pressa di for\u00admatura e dell\u2019utensile sulla qualit\u00e0 della formatura. A tal fine, lo stampo progres\u00adsivo stato dotato di sensori per misu\u00adrare le forze di processo e l\u2019inclinazione dello stampo durante il processo. Il mo\u00adtivo \u00e8 l\u2019elevata rigidit\u00e0 della serie AIDA BEX, sviluppata per operazioni di forma\u00adtura ad alta precisione grazie alla sua speciale cinematica con un solo punto di pressione al centro sopra il pistone della pressa. <\/p>\n\n\n\n

Per il test dello strumento \u00e8 stato effettuato uno studio dei para\u00admetri variando la regolazione della slit\u00adta, il movimento della slitta e la veloci\u00adt\u00e0 di corsa. Le piastre bipolari prodotte sono state poi misurate presso il Frau\u00adnhofer IPT e analizzate in termini di qua\u00adlit\u00e0. I risultati dimostrano che il sistema di pressatura ha un\u2019influenza significati\u00adva sulla qualit\u00e0 geometrica<\/strong> della piastra bipolare; a parit\u00e0 di condizioni al contor\u00adno, \u00e8 stato possibile formare canali pi\u00f9 profondi di circa il 20% rispetto a una punzonatrice automatica convenziona\u00adle. Inoltre, la precisione geometrica dei canali di flusso \u00e8 stata migliorata grazie a un tempo di mantenimento di 0,1 se\u00adcondi al punto morto inferiore. La figura 4 mostra l\u2019utensile progressivo utilizza\u00adto presso AIDA.<\/p>\n\n\n\n

Sviluppo di nuovi concetti di macchine<\/h3>\n\n\n
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Figura 5: Rendering CAD del prototipo MatriXpress.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Oltre a collaborare con partner indu\u00adstriali, il Fraunhofer IPT sta sviluppando nuove macchine<\/strong> per la produzione ef\u00adficiente di piastre bipolari. Per rispon\u00addere alle sfide poste dai tonnellaggi pi\u00f9 elevati e dalla deflessione della pressa nella formatura delle piastre bipolari, il Fraunhofer IPT sta attualmente svilup\u00adpando l\u2019innovativo concetto di pressa \u201cMatriXpress\u201d<\/strong>. L\u2019obiettivo \u00e8 una macchi\u00adna di formatura compatta con una forza di pressatura di 8.000 kN<\/strong> e una frequen\u00adza di 60 colpi al minuto<\/strong>, con uno spa\u00adzio di installazione di 3×3 m e un\u2019altezza di 1,8 m. Per generare una forza eleva\u00adta in uno spazio di installazione ridotto, \u00e8 stata sviluppata una nuova cinemati\u00adca con cunei guidati su cuscinetti line\u00adari. Un altro vantaggio \u00e8 l\u2019azionamento modulare, che consente di scalare l\u2019a\u00adzionamento in modo flessibile. La figura 5 mostra un rendering CAD del prototi\u00adpo. Entro l\u2019estate 2026 verr\u00e0 costruito e testato un prototipo della \u201cMatriXpress\u201d presso il Fraunhofer IPT di Aquisgrana, e il Fraunhofer IPT prevede di commercia\u00adlizzare rapidamente la tecnologia con i produttori di componenti e presse.<\/p>\n\n\n\n

Il Fraunhofer IPT sta promuovendo l\u2019in\u00addustrializzazione della tecnologia delle celle a combustibile <\/strong>sviluppando tecno\u00adlogie di produzione ad alte prestazio\u00adni per piastre bipolari metalliche adatte alla produzione in serie. Con una ricer\u00adca orientata all\u2019industria sui processi di formatura, strumenti all\u2019avanguardia e concetti innovativi di pressatura come il \u201cMatriXpress\u201d, l\u2019istituto sta gettando le basi per una produzione in serie econo\u00admica e scalabile. Ci\u00f2 posiziona il Frau\u00adnhofer IPT come partner chiave per l\u2019in\u00adnovazione nell\u2019industria della formatura e della produzione nel futuro mercato dell\u2019idrogeno.<\/p>\n\n\n\n

di Johannes Weis, Research assistant di Fraunhofer IPT<\/em><\/p>\n\n\n\n

Riferimenti bibliografici<\/h3>\n\n\n\n
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  • [1]<\/sup><\/strong>Towards Automotive, \u201cFuel Cell Electric Vehicle Market Trends 2025,\u201d 2025. [Onli\u00adne]. Available: https:\/\/www.towardsauto\u00admotive.com<\/li>\n\n\n\n
  • [2]<\/sup><\/strong>Wen, H. et al.: A Framework of Poli\u00adcy-technology Roadmap of Disruptive Te\u00adchnology: A Case of New Energy Vehicle Industry in China, Science & Technology Progress and Policy, 2024.<\/li>\n\n\n\n
  • [3]<\/sup><\/strong>Porstmann, S. et al.: A comprehensive comparison of state-of-the-art manufactu\u00adring methods for fuel cell bipolar plates including anticipated future industry trends, Journal of Manufacturing Proces\u00adses, 2020.<\/li>\n\n\n\n
  • [4]<\/sup><\/strong>Kampker A. et al.: Elektromobilit\u00e4t, Berlin\/ Heidelberg, 2024.<\/li>\n\n\n\n
  • [5]<\/sup><\/strong>Xu Z. et al.: Towards mass applica\u00adtions: A review on the challenges and developments in metallic bipolar plates for PEMFC, Progress in Natural Science: Materials International, 2020.<\/li>\n\n\n\n
  • [6]<\/sup><\/strong>Narasimharaju S.J. et al.: Advances in materials and surface engineering for fuel cell bipolar plates: Materials, coatings, Energy Reports, 2025.<\/li>\n\n\n\n
  • [7]<\/sup><\/strong>Fraunhofer: Efficient manufacturing techniques for bipolar plates: Advances in fuel cell production, Press release, 2025.<\/li>\n<\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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