Estudio del funcionamiento de una celda de hidrógeno y la influencia del material de fabricación de los electrodos en su rendimiento

Abstract

En esta tesis se describen los procedimientos experimentales realizados para la instalación y puesta en funcionamiento de una celda de hidrógeno adquirida por la Facultad Regional Bahía Blanca de la U.T.N.. Se determina la eficiencia energé-tica de la celda, aplicando varios métodos y se estudian los materiales que se utilizan para la fabricación de los electrodos. En primer término, se describe el funcionamiento básico de una celda de combustible, los tipos de celdas, las principales aplicaciones y se realiza una revisión de su desarrollo tecnoló-gico; posteriormente se detallan los diseños y materiales utili-zados en la fabricación de celdas de combustible que emplean membrana polimérica para el intercambio de protones como electrolito (PEMFC), como así también se analizan parámetros críticos de su funcionamiento como ser el manejo de agua, re-frigeración y presión de trabajo. Además se describen espe-cialmente los materiales que se utilizan para la construcción de los electrodos de las celdas, tanto en diseños conven-cionales como en diseños innovadores y su influencia en el rendimiento de las celdas. Posteriormente se realiza una descripción del combustible que utiliza la celda en cuanto a sus características sobresalientes, sus formas de obtención y de almacenamiento, como así también el manejo seguro para su utilización en el Laboratorio. En la parte final se detallan los procedimientos experimentales realizados para: Instalación de la celda en el Laboratorio. Instalación para el suministro de hidrógeno gaseoso comprimido. Conexión y configuración de los equipos para el acondi-cionamiento de la potencia de salida de la celda. Puesta en marcha y operación de la celda. Empleo del software de comunicaciones. Determinación de la eficiencia energética para distintos estados de carga. Evaluación de la cantidad de agua producida por la celda. Análisis y ejecución de los mantenimientos del sistema. Instalación de un sistema de seguridad de monitoreo y alarma.

The experimental procedures performed for the installation and operation of an hydrogen cell acquired by F.R.B.B. U.T.N. is presented in this thesis. The energy efficiency is determined applying several methods while materials used for the manu-facture of electrodes are studied. In the first sections the basic operation of a fuel cell, the cell types and the main applications are described. A review of its technological development is also included. The design and materials used in the manufacture of fuel cells that uses polymeric membrane for proton exchange as electrolyte (PEMFC) and the critical operating parameters such as water management, cooling and working pressure are also analyzed. The materials used for constructing the electrodes of the cell, both in conventional designs as in innovate designs are described. Their influence on the performance of the cells is also examined. The outs-tanding features of the fuel used in the cell, their ways of production and storage, as well as safe handling in the labo-ratory are also analyzed. In the final section the following experimental procedures are detailed: Installation of the cell in the laboratory. Installation for supplying compressed gaseous hydrogen. Connection and configuration of equipment for conditioning the output power. Startup and operation of the cell. Using of communications software. Determination of efficiency for various load states. Evaluating the amount of water produced. Analysis and execution of maintenance of the cell. Installation of a monitoring and alarm system.