Avances en el desarrollo de placas bipolares poliméricas conductoras mediante extrusión directa

Las placas bipolares son un componente esencial en dispositivos electroquímicos como pilas de combustible de hidrógeno, electrolizadores y baterías. En AIMPLAS hemos desarrollado un proceso de extrusión directa que integra en un solo paso la formulación del material compuesto polimérico conductor y la obtención de láminas planas, simplificando la fabricación y abriendo la puerta a su escalabilidad industrial.

¿Por qué las placas bipolares son clave en pilas de combustible y electrolizadores?

El crecimiento de la demanda energética global, junto con la necesidad urgente de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, está impulsando el desarrollo de tecnologías avanzadas de almacenamiento y conversión de energía. En este contexto, dispositivos electroquímicos como baterías, electrolizadores y pilas de combustible de hidrógeno están adquiriendo un papel cada vez más relevante.

Dentro de estos dispositivos, las placas bipolares constituyen un elemento esencial, ya que permiten:

• La conducción eléctrica entre celdas
• La adecuada distribución de los medios reactivos
• La gestión térmica del sistema

¿Cuáles son las limitaciones de los materiales metálicos y grafíticos tradicionales?

Tradicionalmente, estas placas se han fabricado a partir de materiales metálicos o grafíticos, que ofrecen una elevada conductividad eléctrica, pero presentan limitaciones importantes en términos de:

• Peso: soluciones más pesadas que penalizan la eficiencia del conjunto
• Coste: procesos de fabricación complejos y caros
• Corrosión: mayor vulnerabilidad en entornos electroquímicos agresivos
• Procesabilidad: dificultad para integrar en líneas de producción continua

Como alternativa, en los últimos años ha crecido el interés por el desarrollo de materiales compuestos basados en matrices poliméricas cargadas con materiales conductores, que permiten combinar ligereza, resistencia química y potencial de fabricación a gran escala.

¿Qué retos plantean los compuestos poliméricos conductores?

Uno de los principales retos de estos sistemas radica en alcanzar niveles adecuados de conductividad eléctrica sin comprometer la procesabilidad del material. Para ello, es necesario incorporar elevadas cantidades de cargas conductoras, lo que puede dificultar el procesado y afectar a las propiedades mecánicas del material final.

Además, los procesos tradicionales de fabricación suelen implicar varias etapas, separando la obtención del material compuesto (compounding) de su posterior conformado.

¿Cómo funciona el proceso de extrusión directa desarrollado por AIMPLAS?

Con el objetivo de superar estas limitaciones, en AIMPLAS hemos desarrollado una estrategia innovadora basada en la extrusión directa, que permite integrar en un único paso la formulación del material compuesto y la obtención de láminas planas.

Este enfoque supone una simplificación significativa del proceso productivo:

• Reducción de etapas: compounding y conformado en una sola operación
• Menores tiempos y costes de fabricación
• Escalabilidad industrial facilitada por el proceso continuo
• Versatilidad: evaluación eficiente de distintas formulaciones y condiciones de procesado

Para ello, se ha llevado a cabo una adaptación de la línea de compounding, lo que ha permitido producir directamente láminas con potencial aplicación en la fabricación de placas bipolares, electrodos o electrolitos sólidos.

Esquema del proceso de extrusión directa.

¿Qué matrices poliméricas y cargas conductoras se han evaluado?

El trabajo experimental se ha centrado en el estudio de diferentes combinaciones de matrices poliméricas y materiales conductores:

Matrices poliméricas

• Polipropileno (PP)
• Polietileno de alta densidad (HDPE)

Cargas conductoras evaluadas

• Grafeno
• Negro de humo
• Nanotubos de carbono

Todas las cargas se han evaluado tanto en formato polvo como en masterbatch.

¿Qué resultados ha obtenido AIMPLAS con la extrusión directa?

Los resultados obtenidos evidencian la importancia de factores como la dispersión de la carga, el contenido incorporado y las condiciones de procesado, los cuales influyen de manera determinante en las propiedades finales del material. Los parámetros de extrusión también se han revelado como un factor crítico en la calidad final de las láminas obtenidas.

De manera global, el estudio ha permitido demostrar la viabilidad de la extrusión directa como tecnología para la obtención de láminas poliméricas conductoras, ofreciendo una alternativa más eficiente frente a los procesos convencionales. Este enfoque no solo simplifica la fabricación, sino que abre la puerta a nuevas estrategias de diseño de materiales adaptadas a aplicaciones energéticas avanzadas.

Los desarrollos realizados representan un paso adelante en la fabricación de placas bipolares más ligeras, económicas y compatibles con procesos industriales continuos. En un contexto donde la transición hacia modelos energéticos más sostenibles es cada vez más urgente, este tipo de innovaciones contribuyen a mejorar la competitividad y viabilidad de tecnologías clave como las pilas de combustible de hidrógeno y los electrolizadores, favoreciendo su implantación a gran escala en los próximos años.

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