PT1367664E - Placa bipolar contendo grafite, com polipropileno servindo de polímero aglutinante - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

"PLACA BIPOLAR CONTENDO GRAFITE, COM POLIPROPILENO SERVINDO DE POLÍMERO AGLUTINANTE" A invenção refere-se a um processo para o fabrico de uma placa de contacto destinada a uma célula electroquímica, com uma condutibilidade eléctrica, medida perpendicularmente ao plano da placa, de pelo menos 20 S/cm. Células de combustível são dispositivos para a conversão directa de energia química em energia eléctrica. Uma célula 1 de combustível isolada (veja-se a figura 1) é constituída por dois eléctrodos, ânodo 2 e cátodo 3, que estão separados um do outro no espaço por uma camada de electrólito, por exemplo por uma membrana 4 de polímero condutor de protões. O ânodo 2, o cátodo 3 e a membrana 4 formam em conjunto uma unidade membrana-eléctrodo (MEA). No ânodo verifica-se a oxidação electroquímica de um combustível, por exemplo hidrogénio ou metanol. Os electrões libertados durante essa oxidação circulam através de um circuito eléctrico exterior para o cátodo. Aqui efectua-se a redução, pela absorção de electrões, de um agente de oxidação, por exemplo oxigénio. Nas superfícies limite entre os eléctrodos e o electrólito são aplicados catalizadores 6 que provocam uma aceleração das reacções nos eléctrodos.

Para aplicações práticas combina-se frequentemente uma multiplicidade de células de combustível para formar uma pilha de células ("stack") a fim de obter o débito de potência 1 requerido. As células empilhadas umas nas outras ou enfileiradas umas atrás das outras são mantidas unidas por meio de ligações roscadas logitudinais (não representadas na figura 1) . A montante da primeira célula e a jusante da última célula o "stack" é fechado por placas terminais.

Habitualmente, as células de um "stack" estão electricamente ligadas em série, mas no que se refere à condução dos fluidos estão no entanto ligadas em paralelo. 0 contacto eléctrico entre as células contíguas é estabelecido por placas 7 bipolares (BPP). A adução e o escoamento dos fluidos de reacção efectua-se através de vias de transporte que atravessam o "stack" na direcção de empilhamento, isto é, nos BPP 7 e MEA 5 consecutivos estão previstas passagens alinhadas umas com as outras para a adução 8 de combustível e para o escoamento 9 de combustível, bem como para a adução 10 de agente de oxidação e para o escoamento 11 de agente de oxidação.

Para o abastecimento de cada um dos eléctrodos com os fluidos de reacção encontram-se embutidas nas superfícies dos BPP 7 estruturas de distribuição com vias 17 de fluxo, por exemplo canais. A estrutura 12 de distribuição de fluidos do lado do ânodo do BPP 7 serve para distribuir o combustível pela superfície do ânodo 2, enquanto que a estrutura 13 de distribuição de fluidos do lado do cátodo serve para distribuir o agente de oxidação pela superfície do cátodo 3. As estruturas 12, 13 de distribuição de fluidos estão ligadas através de entradas 15 e de saídas 14 com as respectivas vias 8, 10 de adução de fluidos e as vias 9, 11 de escoamento de fluidos. Os elementos 16 salientes à superfície do BPP, por exemplo filetes, estabelecem 2 o contacto electrónico com o eléctrodo imediatamente contíguo. A estrutura da superfície da placa tem de cumprir portanto duas funções: a distribuição dos fluidos de reacção e o estabelecimento do contacto eléctrico com o eléctrodo contíguo, sendo a dita estrutura por isso a seguir designada também por estrutura de contacto e de distribuição. É necessário impedir a mistura dos diferentes fluidos de reacção. Para esse efeito o lado A do ânodo de cada BPP 7 é tornado estanque em relação à via 10 de adução de agente de oxidação e à via 11 de escoamento de agente de oxidação e o lado K do cátodo é tornado estanque contra a via 8 de adução de combustível e contra a via 9 de escoamento de combustível. Para o encaixe das juntas de estanqueidade são abertas ranhuras na superfície da placa (vejam-se as figuras 2a e 2d) . A BPP 7 pode ser estruturada enquanto combinação de uma placa 7a do lado do ânodo e de uma placa 7b do lado do cátodo. As superfícies contíguas uma da outra das duas placas 7a e 7b bipolares parciais podem definir uma estrutura de distribuição de agente refrigerante (não representada na figura 1). Esta forma de realização será a seguir designada por combinado de placas de refrigeração. Para a adução e o escoamento do agente refrigerante devem ser previstas mais vias de transporte que atravessam o "stack", tornando-se igualmente necessário vedar umas em relação às outras as vias de transporte do agente refrigerante e dos fluidos de reacção.

Placas terminais, placas bipolares e placas com estrutura de distribuição de agente refrigerante (placas de refrigeração) são a seguir agrupadas sob a designação de placas de contacto para elementos electroquímicos. 3

Das funções complexas inerentes às placas de contacto resultam elevadas exigências em relação ao material utilizado: condutibilidade eléctrica, estanqueidade aos fluidos de reacção (função de separador), estabilidade térmica e mecânica nas condições de funcionamento da célula de combustível (até 120 °C nas células de combustível com membranas de polímero), resistência química aos fluidos de reacção e resistência à corrosão. Além disso, o material destinado ao fabrico das estruturas de fluxo, que são complicadas, deve ser facilmente moldável e processável. Materiais apropriados são, entre outros, materiais compósitos à base de grafite e de matéria sintética, isto é, matérias sintéticas com um muito elevado grau de enchimento de partículas condutoras, de grafite e de carbono. De maneira convencional, estes materiais compósitos são prensados a uma pressão aumentada e a uma temperatura aumentada para formar peças de placa em bruto, sendo estas placas providas numa segunda fase de processamento, por exemplo por fresagem com comando numérico, da estrutura de distribuição de fluidos. Mediante um molde de prensagem adequadamente conformado podem também produzir-se numa só fase de processamento placas estruturadas. Nestes processos a duração dos ciclos é no entanto relativamente longa.

Para fazer baixar a duração de ciclo e os custos por unidade produzida torna-se necessário um processo de fabrico que se presta à produção automatizada em massa, por exemplo o processo de moldagem por injecção. Adaptar este processo ao fabrico de placas de contacto para elementos electroquímicos de materiais compósitos à base de grafite e de matéria sintética é no entanto difícil, uma vez que face ao elevado teor em massa de material de enchimento (>70%) a fluidez destes materiais compósitos é consideravelmente menor do que nas matérias 4 sintéticas sem enchimento ou com um baixo teor de enchimento. Por esse motivo tentou-se por um lado adaptar melhor as propriedades dos materiais compósitos aos requisitos do processo de moldagem por injecção e por outro lado modificar a tecnologia do processo de modo a corresponder às propriedades dos materiais compósitos. Optimizações do lado do material são, entre outras, a utilização de termoplásticos com uma viscosidade especialmente baixa, por exemplo LCP (documento US-A 6180275), a fragmentação das partículas de polímero após arrefecimento por acção do oxigénio líquido (documento WO-A 0044005), a adição de substâncias auxiliares que influenciam a fluidez, substâncias essas que impedem a separação da mistura dos componentes (documento US-A 6180275), bem como a minimização da granulometria das partículas, da área específica da superfície e da relação de aspecto das partículas condutoras (documentos US-A 6180275, EP-A 1061597 e WO-A 9949530) . Optimizações em termos de técnica do processo abrangem entre outras, uma melhor mistura dos componentes (documento WO-A 0044005), o aumento da pressão de injecção para 13xl06 a 500xl06 N/m2 (documento US-A 6180275), o aumento da velocidade de injecção para pelo menos 500 mm/s e o aumento da temperatura do bico para um valor situado 40 a 80 K acima da temperatura de fusão do material (documento WO-A 0030203) .

Em ambas as tentativas de optimização as possibilidades de variação são no entanto limitadas. Por um lado, há limites tecnológicos em relação às máquinas, no que se refere à variação dos parâmetros do processo, como por exemplo o aumento da pressão de injecção, etc.

Por outro lado, as elevadas exigências colocadas em relação à condutibilidade não permitem uma redução significativa do teor 5 de grafite. Matérias sintéticas que se prestam ao fabrico de materiais compósitos capazes de ser moldados por injecção são frequentemente bastante onerosos (LCP) ou então torna-se necessário utilizar duroplásticos (por exemplo éster de vinilo, como no documento US-A 6180275), que, devido aos processos de solidificação e de reticulação que lhes são inerentes, requerem uma duração dos ciclos mais longa do que os termoplásticos. Assim, conforme o documento US-A 20010049046, é possível produzir a partir de um material de base constituído por pelo menos um éster de vinilo não saturado, pelo menos um monómero não saturado para reticulação do éster de vinilo não saturado, um iniciador de reticulação e de um modo preferido um teor em massa de pelo menos 65% de partículas condutoras, placas estruturadas mediante a moldagem por injecção sem que se torne necessária uma substancial maquinação posterior. No entanto a duração típica dos ciclos para os tamanhos de placa típicos, que são de 2,54 a 50,8 cm x 2,54 a 50,8 cm (1 a 20 polegadas x 1 a 20 polegadas), está situada numa gama entre 1 e 2 minutos. Um outro inconveniente dos duroplásticos à base de poliéster é a sua sensibilidade em relação à hidrólise. Torna-se por isso desejável substituir a componente de matéria sintética do material compósito por um termoplástico convencional que é fácil de processar, é suficientemente resistente à hidrólise e obtenível a bom preço, por exemplo polipropileno.

Uma outra opção possível, a par da optimização limitada acima descrita em termos de tecnologia do material e das máquinas, consiste na optimização da estrutura da placa no que se refere às possibilidades em termos de tecnologia do processo da moldagem por injecção de matérias sintéticas com um elevado grau de enchimento. É certo que já existem, independentemente da introdução do processo de moldagem por injecção, formas de 6 realização de placas de contacto que reduzem a aplicação do material condutor, que é de processamento dificil, à área estritamente necessária do ponto de vista funcional da placa. Para tal elementos funcionais de configuração complicada, tais como passagens para as vias de adução de fluidos e para as vias de escoamento de fluidos, bem como bifurcações de acesso aos canais de fluxo à superfície da placa, são neste caso deslocados para uma periferia não condutora (por exemplo um bastidor). Estruturas de bastidor de matéria sintética, com vias de adução de fluidos e vias de escoamento de fluidos integradas, são desde há longa data conhecidas nas células de combustível com electrólito líquido (veja-se por exemplo o documento US-A 3278336) . A placa condutora é por exemplo colada dentro do bastidor (documento EP-A 0620609) ou encaixada à pressão (manualmente) (documento US-A 5879826) . No documento US-A 5514487 descrevem-se componentes de matéria sintética designados por "edge manifold plate", que são aplicados lateralmente nos BPP, mas que, diferindo de um bastidor, não abraçam completamente o BPP. Estas placas de "manifold" contêm passagens para as vias de adução de fluidos e para as vias de escoamento de fluidos, das quais bifurcam tubos de ligação com destino aos canais de fluxo situados à superfície dos BPP. BPP condutores e placas de "manifold" não condutoras são aqui dois componentes independentes que se torna necessário produzir separadamente e que seguidamente são por exemplo ligados mediante uma substância adesiva. Dado que as substâncias adesivas estão sujeitas a envelhecimento, a integridade estrutural de um tal compósito é muito questionável a longo prazo em termos de funcionamento da célula de combustível.

Para o fabrico de tais componentes a partir de matéria sintética sem enchimento utiliza-se, entre outros, o processo de 7 moldagem por injecção. Assim, por exemplo, uma placa condutora de metal resistente à corrosão ou de carbono é recoberta por injecção de uma moldura de matéria sintética que contém passagens para as vias de adução de fluidos e para as vias de escoamento de fluidos (documento WO-A 9750139) . Uma placa condutora recoberta por injecção de uma moldura de matéria sintética pode ser obtida pela prensagem a quente ou pela estampagem por injecção de um corpo pré-moldado (uma peça em bruto) de um material compósito à base de grafite e de matéria sintética (documento WO-A 0180339) . É também conhecida a aplicação, na moldagem por injecção, de juntas de estanqueidade sobre BPP (documento DE-C 19910487), não sendo os BPP propriamente ditos produzidos na moldagem por injecção mas sim por meio dos processos convencionais acima referidos.

Pelo documento WO 00/410260 ficaram a ser conhecidas placas de contacto electricamente condutoras para células de combustível que apresentam canais longitudinais entre os quais estão situados filetes, podendo as arestas dos filetes e as transições das paredes do canal para o fundo do canal ter uma configuração arredondada ou então as paredes dos canais são chanfradas. Placas deste género podem por exemplo ser produzidas pela prensagem ou pela moldagem por injecção de um material compósito à base de um pó condutor, por exemplo grafite, e de um polímero aglutinante, por exemplo um fluoreto de polivinilídios, que se presta a ser moldado por injecção, devendo o teor de grafite estar situado entre 70% e 90%. O documento US 2002/005508 revela um processo para a moldagem por injecção de, entre outras, placas de contacto para células de combustível, sendo processada num processo de moldagem por injecção especialmente adaptado um a esta composição compreendendo a) uma ou várias resinas de pré-polímero não saturadas do grupo dos poliésteres e dos ésteres de vinilo não saturados b) um material não saturado capaz de copolimerizar com a resina acima indicada e que contém um grupo terminal de etileno c) partículas de enchimento inorgânicas condutoras (por exemplo grafite) numa quantidade suficientemente grande (pelo menos 50% da massa total da composição), para conferir ao produto uma condutibilidade de pelo menos 40 S/cm d) um iniciador que inicia a copolimerização e) opcionalmente, um modificador reológico e, caso necessário, outras substâncias auxiliares.

Para tal, a composição acima referida é alimentada por meio de um fuso de captação que contém uma componente orientada verticalmente em relação à posição deste fuso de captação, com referência ao plano da máquina de moldagem por injecção, sendo a dita composição injectada para dentro da ferramenta de moldagem por injecção por meio de um fuso de resina fenólica. O objectivo da presente invenção é o de disponibilizar um processo que permite produzir mediante moldagem por injecção placas de contacto (placas bipolares) com uma condutibilidade perpendicularmente ao plano da placa de pelo menos 20 S/cm, destinadas a elementos electroquímicos, a partir de um material 9 compósito que contém grafite para servir de componente condutora e um termoplástico convencional de fácil processamento para servir de aglutinante. Pretende-se deste modo vencer os inconvenientes relativos à duração dos ciclos, que nos duroplásticos se torna mais longa devido ao tempo necessário à solidificação, bem como os inconvenientes inerentes ao processamento dificil de termoplásticos fluorados e aos custos elevados de materiais especiais, tais como o LCP.

Este objectivo atinge-se pelo processo de acordo com a reivindicação 1.

Um outro objectivo da invenção consiste em revelar um processo que permite produzir mediante a técnica de moldagem por injecção uma placa de contacto para células electroquímicas, compreendendo a placa de contacto uma zona condutora com uma condutibilidade eléctrica de pelo menos 20 S/cm perpendicularmente ao plano da placa, contendo grafite como componente condutora, e um termoplástico convencional de processamento fácil como aglutinante, bem como uma zona marginal não condutora que se segue à zona condutora. Este objectivo atinge-se pela adopção do processo de acordo com a reivindicação 31.

Outras características, pormenores e vantagens da invenção resultam da descrição detalhada que se segue da invenção, bem como das figuras 1 a 9.

Figura 1 mostra uma representação explodida e em perspectiva de um excerto de uma pilha de células de combustível. 10

Figura 2a mostra um excerto em perspectiva de um pormenor de uma placa bipolar.

Figura 2b mostra uma representação em corte transversal ampliado e em pormenor, de acordo com a linha Ilb da figura 2a.

Figura 2c mostra o corte transversal de um canal de fluxo sem secção transversal arredondada.

Figura 2d mostra a configuração da secção transversal dos canais de fluxo, num corte de acordo com a linha linha de corte Ild-IId da figura 2a.

Figura 3a mostra várias formas de realização vantajosas do jito ligado a uma placa de contacto, numa representação em perspectiva.

Figura 3b mostra, em corte transversal o jito em forma de haste com entalhe em forma de película de acordo com a linha de corte IlIb-IIIb da figura 3a.

Figura 3c mostra pormenores do jito à superfície da placa e numa ligação auxiliar, de acordo com a linha de corte IIIc-IIIc da figura 3a.

Figura 4 mostra a disposição de biséis de desmoldagem de acordo com a linha de corte IV-IV da figura 3a.

Figura 5a mostra numa vista em planta o posicionamento dos pernos extractores nas ranhuras de vedação e dos 11

Figura

Figuras

Figuras

Figura

Figura

Figura extractores a ar comprimido no fundo dos canais, bem como a posição de um extractor rectangular. 5b mostra o posicionamento de pernos de extractores a ar comprimido e de extractores rectangulares numa das metades do molde (linha de corte Vb-Vb da figura 5a). 6a-d mostram formas de configuração de uma placa de contacto com uma zona marginal feita de uma matéria sintética não condutora. 7a-i mostram formas de configuração da ligação entre a zona condutora de um material compósito à base de grafite e de matéria sintética e a zona marginal de uma matéria sintética não condutora e isenta de grafite. 8a mostra numa vista em planta um bastidor de matéria sintética para um BPP, com funções de vedação. 8b mostra num corte transversal parcial de acordo com a linha VlIIb-VIIIb várias placas bipolares empilhadas umas nas outras, cujos bastidores apresentam uma função de vedação. 9 mostra uma representação em corte parcial de um combinado funcional de acordo com a figura 1, agrupado numa pilha, com realização da vedação e com canais de refrigeração. 12

Como se mostra nas figuras 1 e 2a, encontra-se embutida em cada uma das superfícies das placas de contacto viradas para os eléctrodos 2, 3 uma estrutura que define as vias 17 de fluxo necessárias à distribuição uniforme dos fluidos de reacção. Esta estrutura compreende por um lado as partes rebaixadas (a seguir designadas por canais 17, sem que tal signifique que se limita a uma geometria específica) que são percorridas pelos fluidos de reacção ' e por outro lado os elementos 16 da estrutura de contacto que sobressaem em relação às partes rebaixadas da estrutura de distribuição de fluidos e que estabelecem 0 contacto com o eléctrodo (po r exemplo os filetes que delimitam os canais ou as saliências isoladas com uma superfície de base, por exemplo quadrada, que a seguir são designadas por saliências, independentemente da sua geometria específica). Na figura 2a encontra-se representado um excerto de uma placa 7 bipolar com um canal 17 de fluxo que serpenteia. Às saliências 16 na superfície da placa 7 bipolar correspondem na ferramenta de moldagem por injecção a rebaixos da cavidade que se torna necessário preencher completamente. 0 enchimento destes rebaixos está assegurado de maneira tanto mais fiável quanto mais adaptada a sua forma estiver ao comportamento fluídico do material (dimensionamento em termos da tecnologia dos fluidos). Por esse motivo é vantajoso configurar todas as saliências com arestas arredondadas, tal como se encontra representado nas figuras 2a e 2b. Isto refere-se não só às transições 18 do fundo 19 para as superfícies 20 da parede dos canais 17 como também às transições 21 das paredes 20 dos canais para as superfícies 22 (as superfícies de contacto) das saliências 16. Verificou-se ser vantajoso haver um raio de curvatura de 0,1 a 0,5 mm. Estas partes arredondadas facilitam também a desmoldagem (operação de retirar a placa do molde). É 13 certo que a transição 21 arredondada da parede 20 do canal para a superfície 22 da saliência 16 reduz a superfície de contacto eléctrico em relação ao eléctrodo, quando comparado com uma saliência provida de uma transição 23 não arredondada (figura 2c). Esta perda pode no entanto, caso necessário, ser compensada por um dimensionamento logo de início maior da superfície da saliência 16. Tais estruturas menos divididas facilitam por sua vez o enchimento completo do molde. Caso não esteja em contrapartida prevista nenhuma transição arredondada, pode acontecer que nas saliências 16, devido ao enchimento incompleto da cavidade, sejam criadas formas indefinidas, que por sua vez afectam o contacto eléctrico com o eléctrodo.

Uma alternativa em relação a este procedimento consiste em dimensionar logo de início as saliências com um valor mais elevado em pelo menos o raio da transição arredondada do que seria necessário no "stack", para seguidamente desbastar de novo o material suplementar da superfície da saliência de modo a obter-se uma saliência sem partes arredondadas na transições das paredes 20 do canal para a superfície 22.

Para as transições 18 do fundo 19 para as paredes 20 dos canais 17 prestam-se raios de curvatura compreendidos entre um décimo e a metade da largura do canal. Secções transversais de canal com uma forma redonda apresentam também vantagens do ponto de vista da tecnologia dos fluidos, uma vez que se opõem à formação de volumes mortos. Esta vantagem do ponto de vista da tecnologia dos fluidos pode compensar pelo menos em parte o inconveniente de, para assegurar o contacto eléctrico, ter de ser aumentada eventualmente a quota-parte da estrutura de distribuição de fluidos e de contacto das superfícies 16 de 14 contacto que não se encontra disponível para a distribuição dos fluidos.

Para além disso é vantajoso, não só para o enchimento do molde e a subsequente desmoldagem da peça como também do ponto de vista da tecnologia dos fluidos, que todas as mudanças de direcção dos canais 17 (cantos, curvas a 180°, bifurcações) sejam configuradas com secções arredondadas.

Do ponto de vista do enchimento do molde são além disso problemáticas as estruturas que apresentam passagens 24 e estreitamentos. No interior do molde tais estruturas têm o efeito de estreitamentos da secção transversal de enchimento, actuando em virtude disso como travões em relação ao fluxo do material. Especialmente crítico é o enchimento das zonas que em relação ao jito estão situadas a montante das passagens. É por isso vantajoso prever antes de mais no molde filetes de fluxo suplementares que fazem ponte sobre as passagens 24, contribuindo assim para o transporte do material até às zonas situadas a jusante das passagens. A espessura mínima necessária para o filete de fluxo é determinada pela granulometria das partículas da substância de enchimento condutora (que nas partículas de grafite típicas é de 0,3 mm). A espessura máxima possível do filete de fluxo corresponde à espessura da placa. Para abrir completamente a passagem 24, os filetes de fluxo são eliminados dentro do molde cheio mediante estampagem por injecção ou usando a tecnologia dos saca-machos. Em alternativa os filetes de fluxo podem também ser eliminados fora da ferramenta de moldagem por injecção. Para tal e de maneira vantajosa é também integrado no processo global de fabrico da placa uma operação de punçoamento que se segue à desmoldagem. 15

Nas formas de realização que contrariamente à estrutura bastante simples que se mostra na figura 1 apresentam passagens 24 muito grandes com filetes 25 marginais compridos e estreitos é vantajoso deixar de pé o filete de fluxo para servir de filete 26 de apoio. As passagens para as vias 8, 10 de adução de fluido e para as vias 9, 11 de escoamento de fluxo, bem como as ligações roscadas longitudinais estão de um modo preferido dispostas fora da zona condutora, que está prevista para a distribuição dos fluidos e para estabelecer o contacto eléctrico com os eléctrodos. Tipicamente as passagens estão situadas nos lados ou nos cantos das placas e são, para minimizar o consumo de material, bem como para minimizar a superfície inactiva em termos de estabelecimento de contacto e de alimentação dos eléctrodos, envolvidas por não mais do que uma margem estreita. Esta zona da placa é um ponto fraco do ponto de vista mecânico, sendo por isso vantajoso prever, para estabilizar o filete marginal, um filete 26 de apoio que faz ponte sobre a passagem. Para mesmo assim assegurar ao longo de toda a secção transversal da passagem uma distribuição uniforme do fluido, o filete 26 de apoio tem de um modo preferido uma configuração menos espessa do que a própria placa. Por motivos de estabilidade é necessária para o filete de apoio uma espessura mínima de 0,8 mm. Depois de passarem pelo filete 26 de apoio os fluxos, que foram separados por esse filete de apoio, podem juntar-se de novo. Torna-se necessário manter reduzida a influência do filete 26 de apoio sobre o escoamento do fluido e impedir a formação de um volume morto a jusante do filete de apoio. Isto consegue-se configurando de maneira aerodinâmica a secção transversal arredondada e vantajosa em termos de fluxo do filete 26 de apoio (figura 2d). 16

Por motivos de estabilidade a forma de realização mais vantajosa será a de colocar o filete 26 de apoio no meio da passagem 24. É no entanto também possível uma disposição descentrada, desde que tal procedimento não afecte a estabilidade. Em termos de homogeneidade do fluxo é vantajoso que os filetes de fluxo não estejam dispostos em todas as placas contíguas de modo a ficarem alinhados uns com os outros, ficando em vez disso desacertados uns em relação aos outros.

Caso também por meio dos filetes de fluxo não se consiga obter um enchimento suficientemente bom das zonas que em relação ao jito estão situadas a jusante das passagens, é alternativamente possível encher completamente as zonas das passagens 24 no molde, sendo as passagens 24 pretendidas a seguir recortadas a punção. Tal como para a remoção dos filetes de fluxo, o punçoamento das passagens no interior do molde pode efectuar-se por meio de técnicas de saca-machos ou de estampagem por injecção ou então efectuar-se numa fase integrada do processo que se segue à desmoldagem.

Além disso pode estar prevista na superfície da placa uma ranhura 27 para encaixe de uma junta de estanqueidade. A placa pode estar provida de ambos os lados de uma estrutura de distribuição de fluidos e de estabelecimento de contacto com as características acima descritas. Para tal a profundidade dos canais é de um modo preferido escolhida de tal maneira que a espessura restante da parede nos pontos mais finos da placa não é inferior a 0,8 mm.

Também a configuração do jito (figuras 3a e 3b) tem uma grande influência sobre o enchimento do molde. Para maior 17 clareza prescinde-se na figura 3a da representação da estrutura de distribuição dos fluidos. Deve chamar-se a atenção para o facto de as estruturas representadas ou não representadas não significarem uma fixação num determinado tipo de estrutura, dado que os aspectos do processo que a seguir se descrevem e que se referem ao jito são independentes da estrutura específica das vias de fluxo, referindo-se de igual modo a placas bipolares, a placas terminais e a placas de refrigeração.

Presta-se bem para o efeito um jito 28 em forma de haste com um entalhe 29 em forma de película. A espessura do entalhe 29 em forma de película pode variar entre um mínimo determinado pela granulometria das partículas da substância de enchimento condutora (0,3 mm nas partículas de grafite típicas) e a espessura da placa 7 de contacto. A largura do entalhe pode ser escolhida dentro de uma gama que vai desde um mínimo de 5 mm até à largura da placa 7.

Presta-se além disso para o efeito um sistema de canal quente com um ou vários bicos de canal quente. Devido à menor fluidez do material compósito, quando comparado com a de matérias sintéticas sem enchimento, torna-se necessário que o diâmetro da ligação do bico de canal quente seja maior do que o diâmetro habitual para a moldagem por injecção de matérias sintéticas sem enchimento, sendo de um modo preferido de pelo menos 5 mm.

Para tornar tão pequenas quanto possíveis as marcas provocadas pelo jito, é possível utilizar canais de jito com fecho de agulha (não representados). Os fechos de agulha são comandados hidraulicamente. Utilizando canais de jito com fecho de agulha o jito pode também estar posicionado directamente 18 sobre a superfície da placa, quando a estrutura da mesma conter zonas nas quais há espaço suficiente para posicionar um tal bico de jito. Ao fazê-lo deverão evitar-se marcas de jito em relevo, com o aspecto de rebarbas salientes. Para conseguir este efeito a embocadura do canal de jito é posicionada no molde de maneira a ficar mais baixa do que a superfície circundante da placa a formar no molde (rebaixo 30 nas figuras 3a e 3c) .

Caso nem os canais de vedação nem as saliências ofereçam uma superfície suficientemente grande para um jito de canal quente, é possível prever nos bordos da placa pequenos alargamentos 31 para servirem de superfícies 32 auxiliares destinadas ao posicionamento dos canais de jito. Estas ligações 31 auxiliares, sempre que não possam ser integradas na estrutura da placa 7 de contacto, têm de ser removidas posteriormente.

Para um enchimento uniforme do molde é vantajoso activar os bicos de injecção em cascata. Em virtude disso evita-se a existência de várias frentes de fluxo simultâneas que, quando se encontram, podem originar costuras de fluxo e bolhas de ar. A espessura reduzida da placa 7 de contacto (tipicamente 1 a 3 mm) pode provocar dificuldades durante a desmoldagem. Para facilitar a desmoldagem, é vantajoso dotar todas as superfícies que se estendem perpendicularmente ao plano da placa de uma inclinação de 0,5 a 30° em relação à perpendicular (biséis de desmoldagem, veja-se a figura 4) . Os biséis de desmoldagem estão previstos tanto nas superfícies 33 frontais da placa de contacto como também nas superfícies 34 da parede das passagens 24, nas superfícies 22 laterais da parede dos canais 17 e eventualmente nos degraus 35 existentes sobre a superfície da placa. O rebaixo 19 26 na superfície da placa que é envolvida pelo degrau 36 serve para encastrar o eléctrodo 2 ou 3.

Durante a desmoldagem a estrutura da placa 7 de contacto não deve ser afectada pelos extractores. Pernos 37 de extractor do género convencional deixam marcas (impressões) na superfície da peça moldada. Estes extractores 37 são por isso posicionados de um modo preferido de tal maneira que durante o processo de desmoldagem batem no fundo de ranhuras 27 de vedação (figuras 5a e 5b). As marcas de extractor que são deixadas nesses pontos não afectam a função da placa 7 de contacto, uma vez que após o enchimento da ranhura de vedação com uma junta de estanqueidade a ranhura é completamente tapada e vedada pela dita junta de estanqueidade, que se adapta à forma da ranhura.

Prestam-se além disso para o efeito extractores 38 rectangulares (figuras 5a e 5b). Estes extractores estão providos de rebaixos e agarram a placa 7 de contacto pelo lado de trás junto das arestas, de modo a que a placa fique exactamente encaixada nos rebaixos dos extractores 38. Os rebaixos estão conformados de tal maneira que junto da superfície frontal da peça os mesmos sobressaem em relação ao plano de separação entre as duas metades do molde. Nesta configuração do extractor prescinde-se dos elementos de repulsão forçada.

Mais vantajosa ainda é a extracção mediante ar comprimido, uma vez que a mesma não deixa marcas. Para tal são previstos no molde 39 canais 40 de ar comprimido que são fechados por meio de pinos 41. Durante a operação de desmoldagem os pinos 41 são puxados para trás (para dentro do molde 39) , pondo a descoberto os canais 40 de ar comprimido. Os canais de ar comprimido são 20 posicionados no molde de tal maneira que as suas embocaduras ficam situadas no fundo dos canais 17 de fluxo. 0 diâmetro dos pinos e em consequência disso também das embocaduras dos canais de ar comprimido podem ter um valor de um décimo a oito décimos da largura do canal 17 de fluxo.

Para diminuir as dificuldades de enchimento das estruturas complicadas da placa com o material altamente viscoso é vantajoso reduzir a aplicação deste material às partes que, devido às funções que lhes são inerentes, terão de ser condutoras. Nesta forma de realização os elementos funcionais situados fora da estrutura de contacto, tais como as passagens para a adução 8, 10 dos fluidos e para o escoamento 9, 11 dos fluidos, bem como as entradas e as saídas 14, 15 que partem dessas passagens com destino aos canais 17 da superfície da placa podem ser deslocados para a periferia da placa, que é constituída por um material não condutor, que é mais fácil de processar (figuras 6a a 6d).

Num exemplo de realização a zona 42 condutora da placa 7 de contacto, cuja estrutura de distribuição de fluidos e de contacto foi omitida para maior clareza na figura 6, é completamente envolvida por um bastidor 43 de matéria sintética não condutora (figuras 6a e 6b) . Como a figura 6b mostra, nem todos os lados deste bastidor 43 têm de ter a mesma largura b. Assim, o bastidor pode ter uma configuração mais larga junto de uma ou de várias arestas da parte electricamente condutora para pôr à disposição espaço para a integração de elementos funcionais. Uma outra potencialidade de configuração consiste em a algumas arestas da zona 42 condutora da placa 7 de contacto se seguirem zonas 43 de um material não condutor, que permitem integrar elementos funcionais que não necessitam de ser 21 electricamente condutores. Nas figuras 6c e 6d encontram-se representadas algumas variantes possíveis. Regra geral esta forma de realização consiste em se seguir a pelo menos uma aresta da placa uma zona 43 de material não condutor com uma qualquer largura b, não sendo a zona condutora no entanto completamente envolvida pelas zonas marginais 43 não condutoras. De acordo com a presente invenção toda a placa de contacto, incluindo as zonas 42 condutoras feitas com o material contendo um elevado grau de enchimento e com as zonas 4 3 não condutoras de material isento de grafite, é produzida numa só ferramenta mediante moldagem por injecção (processo de dois componentes).

Entre as zonas 42 e 43 da placa de contacto, que são feitas de materiais distintos, é necessário estabelecer uma ligação firme e fiável. Para esse efeito são configuradas de acordo com a invenção na transição dos dois materiais estruturas que permitem uma ligação corpórea, um endentado ou uma ligação em cunha entre ambas as zonas (figuras 7a a 7i) . A ligação corpórea mostra-se na figura 7b. Para obter adicionalmente uma ligação com encaixe perfeito prestam-se por exemplo estruturas em forma de cauda de andorinha (figura 7c) ou em forma de cogumelo (figura 7g) ou então saliências 44 providas de dentes, de dentes de serra (figuras 7e e 7f) ou de estruturas onduladas (figura 7d) . Uma outra ligação vantajosa é constituída por uma saliência 44 que se projecta para dentro da zona 43 não condutora (figuras 7h e 7i), saliência essa que contém uma furação 45 passante. Durante a moldagem por injecção da zona 43 contígua a furação é enchida de matéria sintética não condutora (isenta de grafite), de modo que os dois materiais engatam um no outro sem qualquer possibilidade de se separarem. 22

Vantajoso para a ligação dos dois materiais é também o facto de durante a moldagem por injecção de materiais compósitos à base de grafite e de matéria sintética a componente de matéria sintética se concentrar mais, devido à sua maior fluidez, junto da superfície da peça a produzir. Esta camada enriquecida de matéria sintética melhora a aderência do bastidor de vedação feito de matéria sintética junto das arestas exteriores da placa condutora. 0 bastidor pode estar configurado de maneira a cumprir simultaneamente uma função de vedação. Deverá referir-se que a membrana 4 não deve estender-se até à zona na qual existe esta função de vedação, uma vez que os materiais de que no estado actual da técnica as membranas são feitas são sensíveis a esforços mecânicos do género que ocorre ao comprimir os bastidores de vedação de células consecutivas.

Para evitar fugas entre células 1 consecutivas são especialmente vantajosos bastidores 43 feitos de um elastómero. Este bastidor 4 3 de vedação está configurado de tal maneira que no estado comprimido sobressai em metade da espessura da membrana 4 revestida dos catalizadores 6 em relação à superfície da placa 7 que fica à face dos eléctrodos 2 ou 3 encastrados no encaixe 36. Em interacção com os bastidores 43 de vedação de configuração idêntica das placas de contacto subsequentes a MEA 5 situada entre as placas é vedada de maneira estanque a toda a volta.

Nas formas de realização nas quais não está previsto nenhum recesso 36 para o alojamento do eléctrodo, o bastidor 43 de vedação de acordo com a invenção sobressai no estado comprimido dos elementos 16 da estrutura de contacto de metade da espessura 23 de toda a unidade 5, comportando a membrana e os eléctrodos, para em conjugação com o bastidor de configuração idêntica da placa 7 de contacto seguintes envolver de forma estanque toda a MEA 5.

Para tornar claras as relações de tamanho destas formas de realização refira-se que as espessuras das membranas 5 actualmente utilizadas são de 100 a 200 ym e as espessuras dos eléctrodos 2, 3 habituais de 200 a 300 ym.

Também um bastidor feito de uma qualquer matéria sintética que seja estável nas condições de funcionamento de uma célula de combustível pode ser configurado de tal maneira que em conjugação com o bastidor das células vizinhas se consegue cumprir uma função de vedação (figuras 8a e 8b) . Para esse efeito o bastidor 43 é provido na sua superfície de um friso 46 circundante (macho) e na superfície do lado de trás de uma ranhura 47 adequada. Ao apertar a ligação roscada longitudinal do "stack" cada macho engata na ranhura do bastidor da placa seguinte (ligação macho-fêmea), de modo a obter-se um remate estanque. As secções transversais das saliências e das ranhuras que engatam umas nas outras têm tipicamente a forma de uma caixa. Para melhorar o efeito de vedação pode colocar-se também na ranhura 47 um material de vedação convencional (não representado) , de um modo preferido uma tira de vedação plana, que é então comprimida sobre o bastidor 43 da placa seguinte sob o efeito do friso 46, fechando assim de maneira estanque a fenda existente entre os dois bastidores 43. Nomeadamente quando for utilizada uma junta de estanqueidade plana suplementar deste género não é obrigatoriamente necessário que os bastidores 43 sejam feitos de uma matéria sintética elástica. 24

Alternativamente é possível aplicar mediante moldagem por injecção um material de vedação na superfície da placa ou do bastidor. Para o encaixe do material de vedação estão previstas na superfície da placa ou do bastidor ranhuras 27 de vedação. A figura 9 mostra em corte um excerto de uma pilha ("stack") de várias células 1 de combustível com formas de realização das juntas de estanqueidade que se apresenta a título de exemplo. As placas bipolares compreendidas entre as unidades 5 formadas por uma membrana e pelos eléctrodos têm, cada uma delas, a configuração de uma combinação de duas placas 7a, 7b parciais. A título de exemplo das vias de adução e das vias de escoamento para os fluidos de reacção e de refrigeração, que atravessam o "stack", encontra-se representada a via 8 de adução de combustível. A via 8 de adução de combustível está ligada através de pelo menos uma entrada 14 com as vias 17 de fluxo da estrutura de distribuição de fluidos conformada na placa 7a parcial do lado do ânodo.

As juntas 48 de estanqueidade vedam as estruturas de distribuição de fluidos conformadas nas superfícies das placas 7a, 7b parciais BPP existentes na unidade 5 formada pela membrana e pelos eléctrodos contra as vias de adução e as vias de escoamento de cada um dos outros fluidos, vias essas que atravessam estas placas. Os eléctrodos 2, 3 estão encastrados em recessos 36. A zona marginal da membrana 4 sobressai em relação aos eléctrodos 2, 3. As juntas 48 de estanqueidade estão colocadas entre a superfície de uma placa 7 de contacto e a membrana 4 vizinha.

Membranas de electrólito de acordo com o estado actual da técnica são muito sensíveis aos esforços mecânicos, por exemplo 25 quando as mesmas são dobradas. Por esse motivo as juntas 48 de estanqueidade têm de um modo preferido uma configuração plana para evitar esforços do género indicado que incidem sobre a membrana. A ranhura 48a de vedação tem uma configuração mais larga do que a junta 48 de estanqueidade, para permitir um deslocamento lateral do material de vedação ao comprimir a junta 48 de estanqueidade.

Quando o BPP 7 é constituído, como a figura 9 mostra, por uma placa 7a de ânodo e por uma placa 7b de cátodo, que envolvem uma estrutura 49 de distribuição de agente refrigerante (combinação de placas de refrigeração), também são necessárias juntas 50 de estanqueidade entre estas placas para vedar uns em relação aos outros os canais 49 de distribuição de agente refrigerante e as vias de adução e de escoamento dos outros fluidos. Uma vez que a junta 50 de estanqueidade não entra em contacto com a membrana, que é sensível, estando em vez disso colocada entre duas placas 7a e 7b, não é necessário dar uma configuração plana à junta 50 de estanqueidade.

Para que a espessura de parede restante da placa 7 não se torne demasiado pequena na área da ranhura 51 de vedação, nomeadamente não menos espessa do que o valor mínimo de 0,8 mm, é vantajoso que a junta 50 de estanqueidade não tenha de ser alojada em toda a sua altura numa só das duas placas 7a, 7b. Por esse motivo estão previstas nas placas vizinhas umas das outras ranhuras 51b e 51b de vedação que cooperam entre si, ranhuras essas cada uma das quais aloja uma parte da altura necessária à junta 51 de estanqueidade no estado comprimido, de um modo preferido no entanto metade dessa altura. Durante a produção da placa a largura da ranhura 51a de vedação é completamente enchida com o material da junta 50 de estanqueidade, que por sua 26 vez sobressai em relação à superfície da placa. Ao ligar entre si as placas 7a e 7b as partes da junta 50 de estanqueidade que sobressaem ficam encaixadas na ranhura 51b de vedação que coopera com a anterior. Estas ranhuras 51b de vedação são mais largas do que a junta 50 de estanqueidade no estado não comprimido, de modo que ao comprimir a junta de estanqueidade o material de vedação que sobressai pode ser premido para os lados.

Na figura 9 encontra-se representada uma combinação de placas de refrigeração constituída por duas placas 7a, 7b parciais em cujas superfícies viradas uma para a outra se encontram configurados de maneira exactamente simétrica canais de distribuição de agente refrigerante. Quando as placas estiverem empilhadas umas nas outras os canais de agente refrigerante das placas 7a e 7b parciais estão posicionados exactamente frente a frente, formando assim a estrutura de distribuição de agente refrigerante.

Uma forma de realização alternativa consiste em a estrutura 49 de distribuição de agente refrigerante só estar encastrada numa das duas placas parciais, enquanto que a superfície vizinha da outra placa parcial é plana, cobrindo os canais da primeira placa. É vantajoso que a área da placa na qual deve assentar a junta de estanqueidade não seja constituída pelo material compósito à base de grafite e matéria sintética, mas sim por um material semelhante ao da junta de estanqueidade ou por uma matéria sintética isenta de grafite que é compatível com o material da junta de estanqueidade. Devido à similaridade entre os dois materiais à base de matéria sintética consegue-se obter 27 uma melhor combinação de materiais do que entre a matéria sintética da junta de estanqueidade e a grafite da parte condutora. Para poder configurar a junta de estanqueidade vantajosamente da maneira apontada sob a forma de uma combinação de matéria sintética com matéria sintética, torna-se necessário que a parte da placa de contacto na qual deve assentar a junta de estanqueidade, por exemplo o bastidor, seja constituída por uma matéria sintética isenta de grafite.

Também nas formas de realização em que a placa de contacto não tem bastidor ou em que as zonas 43 marginais são feitas de matéria sintética isenta de grafite a moldagem da placa a partir de um material compósito à base de grafite e de matéria sintética e a aplicação da junta de estanqueidade na placa podem, de acordo com a invenção, efectuar-se numa ferramenta utilizando uma tecnologia de dois componentes mediante a moldagem por injecção. As transições das ranhuras de vedação para a superfície da placa são - do mesmo modo que os canais de fluxo - arredondadas para obter um bom enchimento da ferramenta de moldagem por injecção com o material compósito à base de grafite e de matéria sintética.

De acordo com a invenção a placa provida da estrutura de distribuição de fluidos e da estrutura de contacto, que está opcionalmente equipada de uma área não condutora contendo outros elementos funcionais, incluindo a junta de estanqueidade, pode ser fabricada pelo processo de moldagem por injecção numa única ferramenta (processo de múltiplos componentes).

Para o fabrico de uma placa condutora com as características estruturais acima indicadas e necessárias para um funcionamento de uma célula de combustível, placa essa que é 28 feita de um material compósito à base de polipropileno com um teor em massa de 86% de grafite sintética, tendo a placa uma área de 140 mm x 140 mm, é necessário um tempo de ciclo compreendido entre 45 e 50 segundos. A condutibilidade, perpendicularmente ao plano da placa, corresponde, com pelo menos 20 S/cm, às exigências que se colocam em relação ao funcionamento de uma célula de combustível. Medidas típicas da estrutura dos canais 17 de fluxo são 0,6 a 0,8 mm (largura e profundidade).

Para tornar menor a resistência de contacto nas superfícies das placas condutoras a camada superficial que tem uma espessura de alguns poucos micrómetros e na qual se encontra enriquecida a componente de matéria sintética do material compósito pode ser desbastada através do tratamento com uma substância abrasiva, entrando em linha de conta por exemplo um desbaste a jacto de areia.

Lista de índices de referência 1 "stack" de células de combustível 2 ânodo 3 cátodo 4 membrana

5 MEA 6 catalizador

7 BPP 7a placa parcial 7b placa parcial 8 adução de combustível 9 escoamento de combustível 29 adução de agente oxidante escoamento de agente oxidante estrutura de distribuição de fluidos (ânodo) estrutura de distribuição de fluidos (cátodo) entrada saida elemento da estrutura de contacto (filete ou saliência) via de fluxo (canal) transição do fundo do canal para a superfície de parede fundo da via de fluxo superfície de parede transição da superfície de parede para a superfície de contacto superfície de contacto transição da superfície de parede para a superfície de contacto que não corresponde à presente invenção passagem para a adução ou o escoamento de fluidos de reacção ou de refrigeração filete marginal filete de apoio ranhura de vedação jito em forma de haste entalhe em forma de película rebaixo alargamento superfície auxiliar superfície frontal superfície da parede da passagem degrau rebaixo para encaixe do eléctrodo pino de extracção extractor rectangular 30 ferramenta canal de ar comprimido pino zona condutora zona marginal não condutora (por exemplo bastidor) saliência furação friso (macho) ranhura junta de estanqueidade ranhura para a junta 48 de estanqueidade estrutura de distribuição de agente refrigerante junta de estanqueidade ranhura para a junta 50 de estanqueidade ranhura parcial ranhura parcial via de transporte de fluido largura lado do ânodo lado do cátodo

Lisboa, 2 de Abril de 2007 31

Claims (43)

1. REIVINDICAÇÕES Processo para o fabrico de uma placa de contacto destinada a uma célula (1) electroquimica, com uma condutibilidade eléctrica perpendicularmente ao plano da placa de pelo menos 20 S/cm, de um material compósito à base de polipropileno e de grafite sintética com uma quota-parte em massa de grafite de pelo menos 80%, sendo que a placa de contacto contém os seguintes elementos funcionais: passagens (24) para as vias (8, 10) de adução e as vias (9, 11) de escoamento dos fluidos que reagem junto dos eléctrodos (2, 3) da célula (1) electroquimica, - uma estrutura (12, 13) de distribuição de fluidos encastrada na superfície de pelo menos uma superfície da placa, com vias (17) de fluxo para a distribuição de um fluido que reage junto do eléctrodo (2, 3) adjacente e uma estrutura de contacto que sobressai em relação a esta estrutura de distribuição de fluidos, com elementos (16) de estrutura de contacto que estabelecem um contacto eléctrico com um eléctrodo (2, 3) adjacente à placa de contacto, ligações (14, 15) da estrutura (12, 13) de distribuição de fluidos à superfície das placas com a via (8, 10) de adução e a via (9, 11) de escoamento de um fluido que reage junto do eléctrodo (2, 3) adjacente, mediante moldagem por injecção numa ferramenta de moldagem por injecção em cuja cavidade 1 • todas as transições (18) das superfícies (19) de base para as superfícies (20) de parede das vias (17) de fluxo no na estrutura (12, 13) de distribuição de fluidos e • todas as transições (21) das superfícies (20) de parede das vias (17) de fluxo na estrutura (12, 13) de distribuição de fluidos para as superfícies (22) dos elementos (16) da estrutura de contacto que estabelecem o contacto com o eléctrodo (2, 3) adjacente são arredondadas.
2. 2. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o raio da curvatura na transição (18) da superfície (19) de base para a superfície (20) de parede de uma via (17) de fluxo ser pelo menos um décimo e no máximo metade da largura da via (17) de fluxo.
3. 3. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o raio da curvatura na transição (21) da superfície (20) de parede da via (17) de fluxo para a superfície (22) de contacto do elemento (16) da estrutura de contacto ser no mínimo 0,1 mm e no máximo 0,5 mm.
4. 4. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as estruturas (16) de contacto que sobressaem com as transições (21) arredondadas, das superfícies (22) de contacto dos elementos (16) da estrutura de contacto para as superfícies (20) de parede das vias (17) de fluxo estarem dimensionadas com uma 2 altura que é maior pelo menos do raio de curvatura em relação ao que seria necessário para a montagem na pilha de células, estruturas essas que seguidamente são desbastadas pelo menos do raio de curvatura, de modo a evitar uma perda de superfície (22) de contacto devida à curvatura.
5. 5. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a ferramenta estar dimensionada de tal maneira que todas as mudanças de direcção das vias (17) de fluxo na estrutura (12, 13) de distribuição de fluidos são arredondadas.
6. 6. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por durante o processo de moldagem por injecção se fazer ponte, mediante filetes de fluxo, sobre as passagens (24).
7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por na ferramenta de moldagem por injecção cheia os filetes de fluxo serem removidos mediante estampagem por injecção ou mediante técnicas de saca-machos.
8. 8. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por na ferramenta de moldagem por injecção cheia as passagens (24) serem produzidas mediante estampagem por injecção ou mediante técnicas de saca-machos.
9. 9. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a ferramenta estar configurada de maneira a serem formados filetes (26) de apoio que fazem ponte sobre as passagens (24) na placa de contacto. 3
10. 10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a espessura do filete (26) de apoio ser de pelo menos 0,8 mm e por a secção transversal do filete (26) de apoio ser arredondada.
11. 11. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por durante a moldagem por injecção o vazamento se efectuar como um jito (28) em forma de haste com um entalhe (29) em forma de película.
12. 12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a espessura do entalhe (29) em forma de película ser de pelo menos 0,3 mm e ter no máximo a espessura da placa de contacto e por a largura do entalhe (29) em forma de película ser pelo menos de 5 mm e ter no máximo a largura da placa de contacto.
13. 13. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o vazamento se efectuar por intermédio de bicos de canal quente providos de fechos de agulha.
14. 14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o diâmetro de entalhe de um bico de canal quente ser no mínimo de 5 mm.
15. 15. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o vazamento se efectuar por meio de bicos de injecção que podem ser activados em cascata.
16. 16. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por na ferramenta a 4 embocadura de pelo menos um canal de jito estar situada mais baixo do que a superfície da placa de contacto a ser formada na ferramenta.
17. 17. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o vazamento se efectuar através de pelo menos uma superfície (32) auxiliar que tem a forma de um alargamento (31) previsto no bordo da placa na qual estão posicionados canais de jito, e por esta superfície auxiliar ser removida posteriormente.
18. 18. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a ferramenta estar concebida de tal maneira que todas as superfícies (20, 33, 34, 35) que se estendem transversalmente ao plano da placa têm uma inclinação de 0,5 a 30° em relação à perpendicular sobre a superfície da placa.
19. 19. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a desmoldagem se efectuar mediante pinos (37) de extracção que actuam sobre o fundo das ranhuras (27) de vedação.
20. 20. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a desmoldagem se efectuar mediante extractores (38) rectangulares que actuam sobre o lado de trás da placa de contacto, extractores esses que na superfície (33) frontal da placa de contacto estão providos de rebaixos que sobressaem em relação ao plano de separação das duas metades da ferramenta. 5
21. 21. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a desmoldagem se efectuar mediante extractores a ar comprimido, em que as embocaduras dos canais (40) de pressão de ar estão situadas nas superfícies (19) de base das vias (17) de fluxo da estrutura (12, 13) de distribuição de fluidos.
22. 22. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, em que só uma superfície da placa de contacto está provida de uma estrutura de distribuição de fluidos.
23. 23. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, em que ambas as superfícies da placa de contacto estão providas de uma estrutura de distribuição de fluidos.
24. 24. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 23, em que a ferramenta está dimensionada de tal maneira que a espessura da placa de contacto entre as superfícies (19) de base das vias (17) de fluxo da estrutura de distribuição de fluidos na primeira superfície da placa de contacto e as superfícies (19) de base das vias (17) de fluxo da estrutura de distribuição de fluidos na superfície oposta da placa de contacto é de pelo menos 0,8 mm.
25. 25. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por na superfície da placa provida da estrutura (12, 13) de distribuição de fluidos estar configurado um rebaixo (36) que permite encastrar um eléctrodo (2, 3). 6
26. 26. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por em pelo menos uma das superfícies da placa estarem configuradas ranhuras (27; 48a, 51a, 51b) para o encaixe de juntas de estanqueidade.
27. 27. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por em pelo menos uma das superfícies da placa estarem configuradas ranhuras (27; 48a, 51a, 51b) para o encaixe de juntas de estanqueidade, sendo aplicado um material de vedação que encaixa nas ranhuras de vedação, sendo a placa de contacto e a junta de estanqueidade produzidas numa ferramenta mediante moldagem por injecção com tecnologia de dois componentes.
28. 28. Processo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por as ranhuras (48a, 51b) de vedação terem uma configuração mais larga do que a largura das juntas (48, 50) de estanqueidade a encaixar no estado não comprimido.
29. 29. Processo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por a ranhura (51a) de vedação ser completamente preenchida em toda a sua largura com material de vedação ao aplicar a junta (50) de estanqueidade e por a junta (50) de estanqueidade sobressair tanto em relação à superfície da placa que, ao ligar entre si as placas (7a) e (7b), as partes da junta (50) de estanqueidade que sobressaem encaixam na ranhura (51b) de vedação que interactua com a anterior, sendo que a largura da ranhura é mais larga do que a junta (50) de estanqueidade no estado não comprimido.
30. 30. Processo para o fabrico de uma placa de contacto para uma célula electroquímica de acordo com a reivindicação 1, 7 caracterizado por a camada superficial na qual se encontra enriquecida a componente de matéria sintética do material compósito ser desbastada mediante tratamento com um abrasivo, por exemplo por decapagem a jacto de areia.
31. 31. Processo para o fabrico de uma placa de contacto para células electroquímicas constituídas por • uma zona (42) condutora com uma condutibilidade eléctrica de pelo menos 20 S/cm perpendicularmente ao plano da placa, de um material compósito constituído por polipropileno e por grafite sintética com uma quota-parte em massa de grafite de pelo menos 80%, • e uma zona (43) marginal não condutora que se segue à zona condutora, sendo que pelo menos um dos elementos funcionais • passagens (24) para as vias (8, 10) de adução e para as vias (9, 11) de escoamento dos fluidos que reagem nos eléctrodos (2, 3) da célula (1) electroquímica, • ligações (14, 15) da estrutura (12, 13) de distribuição de fluidos à superfície da placa com a via (8, 10) de adução e a via (9, 11) de escoamento de um fluido que reage com um eléctrodo (2, 3) adjacente à placa de contacto, • ranhuras (27, 48a, 51a, 51b) de vedação, • elementos (46, 47) que cumprem uma função de vedação, está integrado na zona (43) marginal não condutora, caracterizado por a placa de contacto constituída pela zona (42) condutora e pela zona (43) marginal não condutora ser produzida numa ferramenta no processo de moldagem por injecção, mediante uma técnica de múltiplos componentes.
32. 32. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por a zona (43) marginal de um material não condutor ter a configuração de um bastidor que envolve completamente a zona (42) condutora, sendo a largura (b) do bastidor igual nos diversos lados.
33. 33. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por a zona (43) marginal de um material não condutor ter a configuração de um bastidor que envolve completamente a zona (42) condutora, sendo a largura (b) do bastidor diferente nos diversos lados.
34. 34. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por a zona (43) marginal de um material não condutor ter uma configuração tal que não envolve completamente a zona (42) condutora.
35. 35. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por entre os materiais das zonas (42) e (43) estar configurada uma ligação corpórea.
36. 36. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por entre as zonas (42) e (43) estarem configurados denteados, ligações em forma de cunha ou estruturas (44, 45) que engrenam umas nas outras. 9
37. 37. Processo de acordo com a reivindicação 36, em que a zona (42) condutora está configurada de tal maneira que apresenta uma saliência (44) que se projecta para dentro da zona (43) não condutora, saliência essa que contém uma furação (45) passante que é enchida durante a moldagem por injecção da zona (43) contígua não condutora com a matéria sintética não condutora e isenta de grafite, de modo que ambos os materiais engrenam um no outro de maneira inseparável.
38. 38. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por um bastidor (43) que sobressai em relação à superfície da placa ao ponto de no estado comprimido envolver completamente, em conjugação com o bastidor de igual configuração da placa de contacto seguinte, a unidade formada por uma membrana e pelos eléctrodos, ser moldado por injecção a partir de um elastómero.
39. 39. Processo de acordo com a reivindicação 38, caracterizado por o bastidor (43) estar provido numa superfície de um macho (46) circundante e na superfície do lado de trás de uma ranhura (47) circundante, de modo que ao comprimir várias células para formar uma pilha de células os machos (46) e as ranhuras (47) dos bastidores (43) consecutivos podem engatar uns nos outros enquanto ligação macho-fêmea.
40. 40. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por na superfície da zona (42) condutora ser desbastada uma camada com uma espessura máxima de 30 μιη através de um tratamento com um produto abrasivo. 10
41. 41. Processo para o fabrico de uma placa de contacto de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por na superfície da zona (43) não condutora, que tem a configuração de um bastidor, serem formadas ranhuras (27, 48a, 51b) de vedação, e ser aplicado na moldagem por injecção um material de vedação que encaixa nas ranhuras de vedação.
42. 42. Processo de acordo com a reivindicação 41, caracterizado por as ranhuras (48a, 51b) de vedação terem uma configuração mais larga do que as juntas (48, 50) de estanqueidade que nelas encaixam no estado não comprimido.
43. 43. Processo de acordo com a reivindicação 41, caracterizado por a ranhura (51a) de vedação ser enchida em toda a largura com o material de vedação ao aplicar a junta (50) de estanqueidade e a junta (50) de estanqueidade sobressair em relação à superfície da placa ao ponto de durante a junção das placas (7a) e (7b) as partes da junta (50) de estanqueidade que sobressaem encaixarem na ranhura (51b) de vedação que interactua com a anterior, ranhura essa que é mais larga do que a junta (50) de estanqueidade no estado não comprimido. Lisboa, 2 de Abril de 2007 11