Contribuciones a las pilas de combustible de electrolito polimérico (PEFC) de potencia media y refrigeradas por airefundamentación teórica del proceso de fabricación del stack y estudio experimental del balance de planta

Resumen

En los últimos tiempos, la escasez y dependencia de los combustibles fósiles ha contribuido al fomento de las energías renovables por parte de las administraciones públicas, además de la preocupación por el cambio climático y los efectos nocivos de las emisiones contaminantes. Por tanto, ha surgido el interés para desarrollar fuentes de energía renovables, entre ellas las pilas de combustible de hidrógeno, que son capaces de generar energía limpia. En cuanto a los tipos de tecnología de las pilas de combustible, las pilas de combustible de electrolito polimérico (PEFC) se caracterizan por su amplia variedad de aplicaciones como son en equipos portátiles, aplicaciones estacionarias o de automoción, así como en sistemas para situaciones de emergencia. Para construir una pila de combustible tipo PEFC completa, se parte de una sola celda, para posteriormente ir apilándola con más celdas similares. El número de celdas apiladas varía dependiendo de la potencia eléctrica requerida y éstas se integran formando el stack final. En una celda, hay dos partes que reciben una especial atención: el conjunto que forman el electrodo y la membrana (MEA) y las placas bipolares (BPs). Por tanto, se realizará una revisión detallada de los procesos de fabricación que están involucrados en estas dos partes, describiendo las técnicas de deposición del catalizador para la implementación de la MEA y los métodos de fabricación de BPs ordenados de forma cronológica, y además, incluye cómo ensamblar las celdas para construir un stack que pueda proporcionar la energía requerida. Además, otra ventaja de las pilas de combustible de electrolito de polímero refrigeradas por aire (AC-PEFC) es su posibilidad de integrar los subsistemas de oxidación y refrigeración en solo uno. Esta característica reduce no solo el peso, el volumen y el coste de la pila de combustible, sino también la complejidad de control. El subsistema de oxigeración/refrigeración junto con otros tres (combustible, eléctrico y control) componen el Balance de Planta (BoP), que junto con el stack, comprenden el sistema pila de combustible. Es común encontrar trabajos enfocados en analizar la influencia del subsistema oxigenación/refrigeración en una pila de combustible. Sin embargo, estudios del subsistema combustible (que es el responsable de proporcionar el hidrógeno para su reacción de oxidación-reducción con el oxígeno para formar agua) son difíciles de encontrar en la literatura científica. Parece que la configuración del subsistema de combustible no tendría influencia sobre el rendimiento global del sistema. Pero en base a resultados, se muestra cómo el rendimiento de la pila de combustible está condicionado por la configuración del subsistema de combustible. Por tanto, se presenta un exhaustivo estudio de una pila de combustible de tipo AC-PEFC prestando atención al subsistema de suministro de combustible dando las claves para la configuración de un BoP más adecuado, que garantice el mejor rendimiento, con el diseño de BoP más fácil y la mínima complejidad. Posteriormente, se presenta un estudio experimental de la configuración del subsistema de oxigenación/refrigeración de una AC-PEFC. Según la bibliografía científica, los estudios realizados han estado siempre más enfocados al estudio del resto de subsistemas, en vez de enfocarse en el subsistema de oxigenación/refrigeración, adecuadamente. Estos problemas están relacionados con aspectos importantes, que ya influirían en el rendimiento, en la eficacia del sistema completo y en la distribución de temperatura sobre el stack.