Brandstofceltechnologie kan een duurzame bijdrage leveren aan de energietransitie. Als waterstof – bijvoorbeeld geproduceerd met inzet van wind- of zonne-energie – reageert met zuurstof, levert dat elektrische energie op. Water is dan de enige, schone emissie. De reactie vindt plaats in een brandstofcel, waarvan zogeheten bipolaire platen deel uitmaken. De performance en levensduur van brandstofcellen hangt sterk af van de mechanische kwaliteit van deze platen; denk aan oppervlakteruwheid, oneffenheden en andere defecten.
In het Europese Interreg-project Super Surf ontwikkelde en realiseerde Demcon een meetsysteem voor de kwaliteitscontrole van bipolaire platen. Brandstofcelproducent Nedstack in Arnhem heeft behoefte aan een eenvoudig, nauwkeurig en snel systeem voor het valideren van zijn productieproces. Het meetsysteem moet de hele plaat bestrijken, contactloos werken en platen gemakkelijk kunnen hanteren.
Demcon onderzocht voor Nedstack verschillende optische meetprincipes en constateerde dat hun geschiktheid afhangt van het type materiaal. Bipolaire platen zijn gemaakt van (sterk reflecterend) metaal of (dof, zwak reflecterend) grafiet. Voor de kwaliteitscontrole van grafietplaten bleek optische triangulatie het meest geschikt. Licht wordt in een rechte lijn onder een hoek geprojecteerd op het oppervlak van de plaat en het gereflecteerde licht wordt onder een andere hoek gedetecteerd. Hoogteverschillen in het oppervlak als gevolg van ruwheid of defecten zijn dan te zien in een ‘ribbeltjespatroon’ van de gereflecteerde lijn.
Twee lineaire actuatoren bewegen de plaat stapsgewijs onder een vaste opstelling met belichting, optiek en camera door, waarbij telkens een lijnscan wordt gemaakt. Alle scans gecombineerd vormen een hoogtekaart, waarop alle ‘ongerechtigheden’ in het oppervlak eenvoudig zijn af te lezen. Door het scanbereik in verticale richting tot 3 millimeter te beperken, kan een hoge resolutie worden gerealiseerd. Uit kalibratie met bekende, geëtste patronen blijkt dat een staphoogte in het oppervlak van 2,5 micrometer is te detecteren. De repeteerbaarheid van de metingen ligt op 5 micrometer en de pitch tussen opeenvolgende lijnscans kan tot minimaal 10 micrometer worden ingesteld.
Het optische meetsysteem kan een plaat (formaat 18 x 25 cm) binnen vijf minuten op hoge resolutie compleet doormeten. Een andere optie is de meting op een beperkt aantal punten uit te voeren. Dat verkort de meettijd en reduceert de hoeveelheid meetdata. Demcon heeft als uitkomst van het Super Surf project een werkend meetsysteem voor grafietplaten gerealiseerd. Dit systeem draait succesvol mee in de kwaliteitscontrole bij Nedstack en kan wellicht z’n steentje bijdragen aan een doorbraak van de brandstofceltechnologie.
