Diseño de una instalación flexible para el ensayo de MEAs de pila de combustible PEM

Abstract

Nuestra generación se enfrenta a uno de los retos energéticos más grandes de la historia: necesitamos hacer frente a una demanda de energía cada vez más grande sin descuidar las emisiones de gases de efecto invernadero. El hidrógeno ha adquirido mucha importancia en los últimos años por ser un vector energético limpio y que podría sustituir a los combustibles fósiles o cooperar con otras fuentes de energía para alcanzar la descarbonización. El hidrógeno no se encuentra libre en la naturaleza, y suele ser generado fundamentalmente mediante procesos de naturaleza termoquímica y electroquímica, buscándose actualmente que estas producciones sean a partir de recursos energéticos renovables. La forma más común de producir electricidad empleando hidrógeno es mediante el uso de una pila de combustible. Las pilas de combustible son artefactos en los cuales ocurre una reacción química entre dos reactivos que deben de ser suministrados a la pila de forma incesante. Las pilas de combustible pueden ser de diversos tipos en función del electrolito empleado, pero la que más madurez tecnológica ha alcanzado es la pila PEM, que posee un electrolito que permite el intercambio protónico. Las propiedades de la pila de combustible vienen determinadas básicamente por las prestaciones de un conjunto de componentes que recibe el nombre de MEA. Es esto por lo que necesitamos comprobar la calidad de nuestras MEAs, ya que de no ser apta la MEA, tampoco lo será el stack. El presente documento se centra en el desarrollo de un banco de ensayos para MEAs de pilas de combustible PEM, que permita ensayar MEAs de diferentes tamaños y formas manteniendo alta repetibilidad y reproducibilidad de los ensayos combinado con un manejo rápido y sencillo de sus componentes.

Our generation is facing one of the biggest energetic problems from all times: we need to face an increasing energetic demand without disregarding greenhouse gas emissions. Hydrogen has acquired lots of attention for being a promising energy vector: it is clean and has a big energy density per mass unit. Thus, it could substitute fossil fuels or be combined with other renewable sources in order to achieve decarbonization. Hydrogen is not found free in nature and is usually generated mainly through thermochemical and electrochemical processes, and these productions are currently being sought from renewable energy resources. The most common way to produce electricity using hydrogen is by using a Fuel Cell. Fuel Cells are devices in which occur a chemical reaction between two reactants which are continuously supplied to the device. There are different types of fuel cells according to the electrolyte type they have. The technology that has achieved a higher Technology Readiness Level is the Proton Exchange Membrane, whose electrolyte is permeable for protons. The performance of a fuel cell stack is basically determined by the performance of a group of parts called the Membrane Electrode Assembly (MEA). So, we must know the characteristics of our MEA before stacking them to form a fuel cell stack, in order to predict the overall stack behaviour. The present document focuses on the development of a MEA testing system, which allows to test MEAs of different dimensions and aspect ratios, maintaining high test reproducibility and an easy, fast handling.