Diseño y optimización de una celda combustible de hidrógeno

Abstract

The worldwide current energy status is based on an unsustainable model from the economical and environmental point of view. The fuel cell technology allows the use of an efficient, clean and full fitted energy supply because hydrogen, used as fuel, can be obtained from many sources. Although there are many kind of different fuel cells, hydrogen PEM fuel cells show a good performance when used for automotive or portable applications. In this work were studied hydrogen Proton Exchange Membrane (Nafion 117) Fuel cells fundamentals. It is a system designed to consume hydrogen and oxygen to produce electricity, heat and water. As a system, it needs different subsystems to make the power generation possible; however, and due to the extension of work, that would make a study of each of these subsystems, this project is based on the study of cell’s behavior using steel electrodes Nafion 117 membrane and without it running on different operating conditions. For optimization are discussed Key parameters such as: The evolution over time the degree of conversion, X, Electric Performance, f, specific productivity, h, and the specific energy consumption, Es, These figures of merit are used to evaluate and compare the performance of hydrogen fuel cell.

La situación energética actual se basa en un modelo insostenible desde los puntos de vista económico y medioambiental. La tecnología de las celdas de combustible ofrece la posibilidad de disponer de energía de manera eficiente, limpia y abundante, ya que el hidrógeno que utilizan para funcionar se puede obtener de numerosas fuentes. Aunque existen numerosos tipos de celdas, las de hidrógeno son las que ofrecen mejores características para su utilización en aplicaciones portátiles y de automoción. En este trabajo se estudiaron los fundamentos de funcionamiento de una celda de Combustible con Membrana de Intercambio de Protones (Nafion 117). Se trata de un sistema que consume hidrógeno y oxígeno para generar electricidad, calor y agua. Como sistema, consta de varias partes que funcionan de manera conjunta; sin embargo, y debido a la extensión que supondría hacer un estudio de cada uno de esos subsistemas, este trabajo se basa en el estudio del comportamiento de la celda utilizando electrodos de acero con membrana Nafion 117 y sin ella funcionando en diferentes condiciones de operación. Para la optimización se analizarán parámetros fundamentales tales como: La evolución con el tiempo del Grado de Conversión, X, el Rendimiento Eléctrico, f, la productividad específica, h, y el Consumo Energético Específico, Es. Estas figuras de mérito se utilizan para evaluar y comparar el funcionamiento de la celda combustible de hidrógeno