ES2213016T3 - Pila de combustible con sistema de refrigeracion basado en la inyeccion directa de agua liquida. - Google Patents

Pila de combustible con sistema de refrigeracion basado en la inyeccion directa de agua liquida.

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ES2213016T3 ES00931060T ES00931060T ES2213016T3 ES 2213016 T3 ES2213016 T3 ES 2213016T3 ES 00931060 T ES00931060 T ES 00931060T ES 00931060 T ES00931060 T ES 00931060T ES 2213016 T3 ES2213016 T3 ES 2213016T3
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Abstract

Una batería de pilas de combustible de membrana polimérica alimentada con reactivos gaseosos, en donde dicha membrana separa un compartimiento anódico y un compartimiento catódico, que comprende placas bipolares, guarniciones opcionalmente provistas de canales para la entrada y la descarga de fluidos, electrodos porosos, capas catalíticas interpuestas entre las membranas y los electrodos, colectores para alimentar los flujos de los reactivos, colectores para la descarga de las fracciones no convertidas de los reactivos, de los inertes y del agua de producción, y al menos un punto de inyección que conecta un circuito hidráulico para la alimentación de agua al interior de al menos un compartimiento de las pilas, dicha alimentación de agua realiza simultáneamente la humidificación de las membranas y la eliminación del calor generado, caracterizada porque al menos un compartimiento de las pilas alimentado con los reactivos y el agua que viene desde el punto de inyección comprende un elemento reticulado eléctricamente conductivo interpuesto entre dichos electrodos y dichas placas bipolares, que distribuye dicho flujo de agua a través de todo el volumen ocupado por los reactivos gaseosos.

Description

Pila de combustible con sistema de refrigeración basado en la inyección directa de agua líquida.
Descripción de la invención
La presente invención es relativa a una pila de combustible, y más precisamente a una pila de combustible que utiliza una membrana polimérica como electrolito.
Las pilas de combustible son unos generadores electroquímicos de energía eléctrica en forma de corriente continua; en otras palabras, ellas transforman la energía libre de reacción de un combustible (por ejemplo una mezcla gaseosa que contiene hidrógeno, o un alcohol ligero como el metanol o el etanol) con un oxidante (por ejemplo el aire o el oxígeno) sin degradarla completamente en energía térmica, y por lo tanto sin estar sometidas a las limitaciones del ciclo de Carnot. Para lograr la conversión deseada de la energía química en energía eléctrica, el combustible es oxidado al ánodo de la pila, con la contemporánea liberación de electrones y de iones H^{+}, mientras que el oxidante es reducido al cátodo, en donde los iones H^{+} son consumados; los dos polos del generador deben estar separados por un electrolito apropiado, que permita un flujo continuo de iones H^{+} del ánodo al cátodo, impidiendo al mismo tiempo la transmisión de electrones de un polo al otro, máximizando así la diferencia de potencial eléctrico entre los dos electrodos. Esta diferencia de potencial representa de hecho la fuerza motriz del proceso mismo. Las pilas de combustible son consideradas como una excelente alternativa a los sistemas tradicionales de generación eléctrica; especialmente debido a su impacto extremadamente favorable con el medio ambiente (ausencia de emisiones contaminantes y de ruido, formación de agua como único subproducto), ellas son utilizadas en el ámbito de la generación de potencia estacionaria de diferentes tallas (centrales de potencia eléctrica, generadores de reserva) así como en el ámbito de las aplicaciones móviles (aplicaciones de vehículos eléctricos, generación de energía automotriz o de energía auxiliar para aplicaciones aerospaciales, submarinas y navales).
Las pilas de combustible de membrana polimérica ofrecen, en comparación con otras pilas de combustible, ventajas ulteriores, debido a su rápida puesta en marcha y al alcance inmediato de las condiciones de marcha óptimas, a la alta densidad de potencia, a la fiabilidad intrínseca asociada a la ausencia de partes en movimiento así como a la ausencia de fenómenos de corrosión y de ciclos térmicos severos; en efecto, entre todas las pilas de combustible de la técnica anterior, las pilas de combustible de membrana polimérica exhiben la menor temperatura de funcionamiento global (normalmente, 70-100ºC).
El electrolito polimérico empleado a este fin es una membrana de intercambio iónico, y más precisamente una membrana de intercambio protónico, o sea un polímero químicamente inerte, parcialmente funcionalizado con grupos aptos a sufrir una hidrólisis ácido-base que lleva a una separación de carga eléctrica; dicha hidrólisis consiste más precisamente en la liberación de iones positivos (cationes) y en la formación de cargas fijas negativas sobre el polímero del que la membrana está constituida. Electrodos porosos están aplicados a la superficie de la membrana, permitiendo a los reactivos fluir a través de ellos hasta la interfaz de la membrana. Un catalizador está aplicado a dicha interfaz del lado del electrodo y/o de la membrana, por ejemplo tal como el negro de platino, que favorece la semireacción correspondiente de oxidación del combustible o de reducción del oxidante. Este arreglo provoca de tal manera el flujo continuo de cationes al establecerse de un gradiente de potencial entre las dos caras de la membrana y al simultáneo cerrarse del circuito eléctrico externo; en este caso, siendo el ion H^{+} el catión transportado como mencionado más arriba, la diferencia de potencial generada alimentando una especie que tiene potencial electroquímico inferior al ánodo, junto a una especie que tiene potencial electroquímico superior al cátodo, comporta la conducción protónica a través de la membrana, y el flujo de electrones (o sea la corriente continua) a través del circuito externo, una vez que se cierre este último.
La conducción protónica es una condición esencial para el funcionamiento de una pila de combustible y es uno de los parámetros decisivos para establecer su rendimiento. Una conducción protónica insuficiente causa una caída sensible en la diferencia de potencial entre los polos de la pila (caída del voltaje de celda) al cerrarse el circuito eléctrico sobre la carga resistiva que explota la electricidad producida. Este comporta, a su vez, una degradación aumentada de la energía de reacción en energía térmica y la consecuente disminución del rendimiento de conversión del combustible.
Diferentes membranas de intercambio iónico, que ofrecen características óptimas de conducción protónica, están comercialmente disponibles y son largamente empleadas en las pilas de combustible industriales, como por ejemplo aquellas comercializadas bajo la marca Nafion® por DuPont de Nemours, EE.UU., Gore Select® por Gore, EE.UU., Aciplex® por Asahi Chemicals, Japón. Todas estas membranas están afectadas por una limitación de proceso intrínseca asociada a su mecanismo de funcionamiento: siendo la separación de carga eléctrica que habilita la conducción protónica activada por un mecanismo de hidrólisis, dichas membranas manifiestan su conductividad sólo en presencia de agua líquida. Aunque la formación de agua sea una consecuencia intrínseca del funcionamiento de una pila de combustible, su cantidad resulta casi siempre insuficiente para mantener el correcto estado de hidratación de la membrana, particularmente marchando a una densidad de corriente suficientemente elevada.
El funcionamiento a alta densidad de corriente comporta en efecto una disminución de los costos de inversión para una determinada producción de potencia, pero también una disminución del rendimiento energético y la generación de una mayor cantidad de calor. La gran cantidad de calor generado en una pila de combustible que funcione a una densidad de corriente de utilización práctica (por ejemplo entre 150 y 1500 mA/cm^{2}) debe ser extraída eficazmente para permitir la regulación térmica del sistema, no sólo a causa de la limitada estabilidad térmica de la membrana de intercambio iónico, normalmente inadecuada al funcionamiento mas allá de 100ºC, sino también para reducir lo más posible la evaporación del agua producida y su consecuente extracción de la pila por medio del flujo de inertes y reactivos no convertidos. Además, siendo el voltaje entre los polos de una pila de combustible simple demasiado pequeño para permitir una explotación práctica, dichas pilas están comúnmente conectadas en serie eléctrica por medio de conexiones bipolares y ensambladas en un arreglo de filtro-prensa alimentando los reactivos en paralelo, como ilustrado en la patente US 3,012,086. En un arreglo similar de pilas de combustible en batería, corrientemente llamado "stack", el problema de la extracción del calor es amplificado respecto al caso de una pila simple, en donde es posible explotar la convección térmica a través de las paredes externas. Por este motivo, todos los diseños de pila de combustible de la técnica anterior prevén circuitos hidráulicos adecuados para la extracción del calor por intercambio térmico con un fluido en circulación; dicho fluido puede ser alimentado a través de serpentinas formadas al interior de las placas bipolares o de secciones apropiadas intercaladas entre pilas individuales en conexión eléctrica con estas últimas; ambas soluciones complican más la construcción de las baterías, incrementando pesos y volúmenes, y disminuyendo de tal manera la densidad de potencia, un parámetro del que la maximización es altamente deseada particularmente en el caso de las aplicaciones móviles.
Una solución menos onerosa bajo este aspecto está descrita en la petición de patente PCT no. WO 98/28809, en donde el fluido refrigerante es circulado en una sección periférica de la placa bipolar adyacente a la superficie activa de la pila; de todas maneras, se obtiene así un perfil transversal de temperatura con la región central de la membrana que funciona a una temperatura más elevada que aquella de la región central, estableciendo de esta manera un gradiente térmico potencialmente muy peligroso para la integridad de la misma membrana.
Finalmente, no obstante la tasa de extracción del calor requerida para regular la temperatura del sistema por debajo de 100ºC parecería realizable aunque con dificultad, el drenaje de agua concomitante en las baterías de pilas de combustible permanece demasiado alto para que la sola agua de producción pueda mantener un suficiente nivel de hidratación de las membranas; los diseños de las baterías de la técnica anterior han introducido por consecuencia un segundo sistema auxiliar, agregado al sistema de refrigeración, dirigido a inyectar la cantidad adicional de agua necesaria en el generador. Este circuito generalmente proporciona la humidificación previa de los reactivos a la entrada de los compartimientos anódico y catódico de las pilas de combustible, por ejemplo por borboteo en el agua líquida o por difusión de vapor acuoso a través de membranas adecuadas en celdas auxiliares. Este segundo circuito comporta también un evidente aumento en términos de pesos, volúmenes y costos de inversión; además, la cantidad de agua que debe ser alimentada en el sistema debe estar estrictamente controlada ya que un exceso de líquido en los compartimientos de la pila acarrearía la consecuencia dramática de bloquear el acceso de los reactivos gaseosos a la superficie de los electrodos. La única posibilidad de lograr una regulación, aunque indirecta, del agua proporcionada al sistema antes mencionado es de intervenir sobre la temperatura del agua misma y de esta manera sobre su presión de vapor. Todo esto lleva a su vez a la necesidad de regular térmicamente el sistema de humidificación de las baterías de pilas de combustible, complicando más el diseño constructivo.
Una solución más favorable para asegurar una distribución adecuada al flujo de los reactivos está divulgada en la Publicación de Patente Europea No. 316 626 en donde está descrita la humidificación de dicho flujo por medio de la inyección de agua atomizada a su interior, por ejemplo por medio de un generador de aerosol de ultrasonidos. Esta solución mitiga en parte la necesidad de refrigerar la batería con un circuito auxiliar de intercambio de calor oneroso, porque una parte del agua alimentada vaporiza adentro de la pila, extrayendo de tal manera una cantidad de calor substancial. El sistema está de todas maneras afectado por un defecto de base representado por la complejidad constructiva asociada al generador de aerosol que, además de ser costoso, consuma una parte de la producción de electricidad generada por las pilas de combustible.
Además, el tiempo de permanencia del agua dentro de la pila es demasiado breve como para asegurar al mismo tiempo la humidificación de la membrana y la refrigeración de la batería sin hacer recurso a circuitos auxiliares, especialmente a alta densidad de corriente y en el caso de baterías que comprenden un número elevado de pilas.
Asimismo, la humidificación de los reactivos o la adición de agua atomizada antes de encaminar dichos reactivos al colector de entrada puede causar un poco de condensación de agua o de formación de gotitas, alimentando por consecuencia una cantidad excesiva de agua a algunas pilas de la batería (típicamente las que están más cerca de la entrada de los reactivos) y una cantidad insuficiente a otras pilas (típicamente las que están más lejos de la entrada de los reactivos).
La presente invención consiste en una batería de pilas de combustible que comprenden un material reticulado eléctricamente y térmicamente conductivo interpuesto entre la placa bipolar y la superficie del electrodo, como descrito por ejemplo en la patente US 5,482,792, en donde la humidificación de los reactivos y el control térmico son obtenidos por medio de una inyección directa por un circuito simple de un flujo de agua adecuado que vaporiza parcialmente al interior del material reticulado, beneficiando de su alta superficie y de su conductividad térmica que permiten una extracción eficaz del calor desde los electrodos.
En una forma de realización de la invención, el punto de inyección del agua en el flujo gaseoso está puesto corriente abajo del colector de entrada de los reactivos.
En otra forma de realización, dicho punto de inyección está puesto en correspondencia de la periferia del material reticulado, en zonas físicamente separadas de aquellas en donde se alimentan los reactivos.
En otra forma de realización, el agua es inyectada en correspondencia de depresiones formadas al interior del material reticulado.
En otra forma de realización, el agua es inyectada en correspondencia de depresiones en forma de serpentinas provistas al interior del material reticulado y que cruzan la superficie entera de este último.
En otras formas de realización, el agua es inyectada en correspondencia de depresiones en forma de doble peine alternado provistas al interior del material reticulado
La invención será descrita a continuación refiriéndose a las figuras, en donde:
La fig. 1 muestra un esquema general de una batería de pilas de combustible de membrana de la invención, ensamblada según un arreglo de tipo filtro-prensa.
La fig. 2A muestra un esquema general de una batería de pilas de combustible de membrana de la técnica anterior, ensamblada según un arreglo de tipo filtro-prensa; la fig. 2B muestra una placa bipolar de la técnica anterior.
Las figs. 3, 4, 5 y 6 muestran tipos diferentes de guarniciones para pilas de combustible.
Las figs. 7, 8, 9 y 10 muestran tipos diferentes de elementos reticulados para la distribución de los fluidos y la conexión entre las placas bipolares y los electrodos al interior de las baterías de pilas de combustible.
Refiriéndose a la fig. 1, cada pila elemental (1), que representa la unidad repetitiva del conjunto modular del arreglo de tipo filtro-prensa, comprende, del interior al exterior, una membrana de intercambio iónico (2), un par de electrodos porosos (3), un par de capas catalíticas (4) formadas a la interfaz entre la membrana (2) y cada cual de los electrodos (3), un par de elementos reticulados eléctricamente conductivos (5), un par de guarniciones (6) de estanqueidad periférica, un par de placas bipolares (7) que delimitan el borde de la pila elemental (1). Los elementos reticulados (5) tienen una porosidad al menos del 50%, y ejecutan las funciones de conectar eléctricamente las placas bipolares (7) a los electrodos (3), y de distribuir los reactivos gaseosos y el agua de humidificación, subdividiendo finamente esta última a través del entero espesor del elemento reticulado (5), facilitando de tal manera la evaporación al interior del volumen entero del compartimiento delimitado por la placa bipolar (7) y el electrodo (3). Unas aberturas apropiadas en la región periférica de las placas bipolares (7) y de las guarniciones (6) forman, por superposición de los componentes arriba mencionados, los dos colectores superiores (8), de los que sólo uno está mostrado en la figura, que pueden ser utilizados para alimentar los reactivos, y los dos colectores inferiores (9), que pueden ser utilizados para descargar el agua de producción, los inertes gaseosos y la porción no convertida de los reactivos, de los que sólo uno está mostrado en la figura. Alternativamente, los colectores inferiores (9) pueden ser empleados como canales de alimentación y los colectores superiores (8) como canales de descarga. Es también posible alimentar uno de los dos reactivos a través de uno de los colectores superiores (8), utilizando el colector inferior (9) correspondiente como salida, y al mismo tiempo alimentando el otro reactivo a través del otro colector inferior (9), utilizando el colector inferior correspondiente como salida.
Al exterior de la pila elemental (1) ensamblada en un arreglo de tipo filtro-prensa, hay dos placas terminales (10), de las que una está provista de conectores para la conexión hidráulica a los colectores (8) y (9), no representados en la figura, las dos provistas de hoyos apropiados para los tirantes empleados para sujetar la batería completa, también no representados en la figura. Refiriéndose a las figuras 2A y 2B, cada pila elemental (1'), que constituye la unidad repetitiva del ensamblaje modular del arreglo de tipo filtro-prensa comprende, del interior al exterior, una membrana de intercambio iónico (2'), un par de electrodos porosos (3'), un par de capas catalíticas (4'), un par de guarniciones planas de estanqueidad hidráulica (6'), un par de placas bipolares (7') que delimitan el borde de la pila elemental (1'). Las placas bipolares (7') tienen un perfil acanalado (11), cuya parte en relieve proporciona la continuidad eléctrica a través de la batería, en tanto que la parte cóncava permite la circulación de los gases y del agua. Unas aberturas apropiadas en la región periférica de las placas bipolares (7') forman, por superposición de los componentes arriba mencionados, los dos colectores superiores (8'), de los que sólo uno está mostrado en la figura, que pueden ser utilizados para alimentar los reactivos, y los dos colectores inferiores (9'), que pueden ser utilizados para descargar el agua de producción, los inertes gaseosos y la porción no convertida de los reactivos, de los que sólo uno está mostrado en la figura. También en este caso es posible invertir la función de los colectores inferiores y superiores.
Al exterior de la pila elemental (1'), ensamblada según un arreglo de tipo filtro-prensa, hay dos placas terminales (10'), de las que una está provista de conectores para la conexión hidráulica a los colectores (8') y (9'), no mostrados en la figura, los dos provistos de hoyos apropiados para los tirantes que sujetan la batería completa, también no mostrados en la figura.
Refiriéndose a las figs. 3, 4, 5 y 6, están mostradas algunas formas de realización de guarniciones (6) que comprenden un hoyo superior (12), que forma el colector superior (8) por superposición en un arreglo de tipo filtro-prensa, un hoyo inferior (13), que forma el colector inferior (9) por superposición en un arreglo de tipo filtro- prensa, el alojamiento (14) para el elemento reticulado (5) y, eventualmente, uno o más canales para la inyección de agua (15).
Refiriéndose a la fig. 7A, está mostrada una forma de realización del elemento reticulado (5), constituido por una lámina estirada aplanada de malla rombal; en figura 7B está mostrada una red plana delgada de malla cuadrada.
Refiriéndose a las figs. 8, 9 y 10, están mostradas algunas formas de realización de elementos reticulados, constituidos por un material metálico deformable, tal como una espuma metálica; en las formas de realización en las figuras 9 y 10, unas depresiones (16), que actúan como canales preferenciales para la inyección de agua, están formadas al interior de dicho material metálico, por ejemplo por medio de un prensado en frío.
Ejemplo 1
Dos baterías, una de 15 y la otra de 30 pilas elementales (1) fueron producidas según el esquema en fig. 1, y provistas de los siguientes componentes:
-
Membranas de intercambio iónico (2) Nafion® 115, comercializadas por DuPont de Nemours
-
Electrodos (3) comercializados por E-Tek, Inc., bajo la marca ELAT®, activados con una capa catalítica (4) hecha de partículas de platino soportado sobre carbón activo, con una superficie activa de 200 cm^{2}.
-
Elementos reticulados (5) hechos de espuma de níquel como mostrado en la fig. 8, con poros comprendidos entre 1 y 3 mm.
-
Guarniciones (6) según el esquema en la fig. 3.
-
Placas bipolares (7) hechas de una lámina de acero inoxidable espesa 2 mm.
-
Placas terminales de aluminio (10), conectadas eléctricamente a las placas bipolares (7) de las pilas externas, provistas de conectores de corriente enchufados a una carga resistiva 
\hbox{variable.}
Las baterías fueron conectadas, por medio de conectores adecuados armados sobre una de las placas terminales (10), a las alimentaciones de los reactivos gaseosos y a un circuito externo en donde circulaba agua desmineralizada, regulada a la temperatura requerida por medio de un intercambiador de calor. A través de estas conexiones, las baterías fueron alimentadas con una mezcla que contenía 70% de hidrógeno al polo negativo (ánodo) y con aire al polo positivo (cátodo) por medio de los colectores superiores (8) obtenidos por superposición en configuración de filtro-prensa de los hoyos superiores (12) y de las aberturas correspondientes (7) en las placas bipolares. Los mismos colectores (8) fueron alimentados con un flujo de agua desmineralizada desde el circuito correspondiente, cuyo caudal estaba regulado como requerido, de acuerdo con las respuestas dinámicas del sistema. Las baterías no estaban provistas de refrigeración auxiliar alguna en adición a aquella proporcionada por la evaporación de agua inyectada en los colectores (8).
Se hicieron funcionar las baterías durante 12 horas a una densidad de corriente de 300 mA/cm^{2}, regulando la temperatura de las pilas a 70ºC, y controlando el voltaje de las pilas individuales. El caudal de agua fue regulado manualmente hasta maximizar el voltaje de las pilas individuales. Al final de esta regulación manual, se determinó un voltaje comprendido entre 715 y 745 mV en cada pila de las dos baterías. En la batería de 30 pilas, las pilas cuyos valores resultaban menores estaban estadísticamente distribuidas más lejos de la placa terminal conectada a los reactivos y a la entrada del agua (pilas traseras); después de la primera hora de marcha, el voltaje de las pilas individuales tendía a permanecer generalmente constante.
Se varió entonces la carga resistiva aplicada a las placas terminales (10) para extraer una densidad de corriente de 600 mA/cm^{2} de las dos baterías; la batería de 15 pilas se quedó en condiciones de marcha estables, con los voltajes de las pilas individuales comprendidos entre 600 y 670 mV, en donde los valores menores estaban estadísticamente distribuidos entre las pilas traseras; la batería de 30 pilas fue parada después de alrededor de una hora, porque los voltajes mostrados por las pilas traseras decrecían de manera continua, con toda probabilidad a causa del sobrecalentamiento local.
Los mismos ensayos fueron repetidos atomizando el agua con un generador de aerosol de ultrasonidos, antes de inyectar la misma agua en los colectores superiores (8). En todos casos, no se ha observado variación alguna en las prestaciones.
Ejemplo Comparativo 1
Una batería de 15 pilas de combustible fue realizada según las indicaciones de la técnica anterior, siguiendo el esquema de la fig. 2.
La batería fue provista de los siguientes componentes:
-
Membranas de intercambio iónico (2') Nafion® 115, comercializadas por DuPont de Nemours
-
Electrodos (3') comercializados por E-Tek, Inc., bajo la marca ELAT®, activados con una capa catalítica (4') hecha de partículas de platino soportado sobre carbón activo, con una superficie activa de 200 cm^{2}.
-
Guarniciones de estanqueidad planas (6'), del mismo espesor que los electrodos (3').
-
Placas bipolares (7') hechas de una lámina de grafito acanalada de 5 mm de espesor.
-
Placas terminales de cobre (10'), conectadas eléctricamente a las placas bipolares (7') de las pilas externas, provistas de un conector de corriente enchufado a una carga resistiva variable.
Análogamente al Ejemplo anterior, la batería fue conectada, por medio de conectores apropiados provistos sobre una de las placas terminales (10'), al circuito de alimentación de los reactivos gaseosos y a un circuito externo en donde circulaba agua desmineralizada, regulada a la temperatura requerida por medio de un intercambiador de calor. A través de estas conexiones, las baterías fueron alimentadas con una mezcla que contenía 70% de hidrógeno al polo negativo (ánodo) y con aire al polo positivo (cátodo) por medio de los colectores superiores (8'); un flujo de agua desmineralizada fue alimentado desde el circuito respectivo a los mismos colectores (8'). Las baterías no estaban provistas de refrigeración auxiliar además de aquella proporcionada por la evaporación del agua inyectada en los colectores (8'). A pesar de todos los tentativos para regular el caudal de agua, tal como descrito en el ejemplo anterior, no se ha podido alcanzar una densidad de corriente de 300 mA/cm^{2}, porque los voltajes de algunas pilas, distribuidas al azar, tendían a decrecer en el tiempo debido al sobrecalentamiento. Disminuyendo la densidad de corriente, fue posible obtener una marcha estable a 70 mA/cm^{2}; a dicho valor, los voltajes de cada pila individual estaban repartidos en un intervalo comprendido entre 800 y 550 mV; era posible aumentar la densidad de corriente hasta 100 mA/cm^{2} cuando el agua era atomizada con el generador de aerosol de ultrasonidos del Ejemplo anterior, pero no se podía aumentar más la producción de corriente. El resultado de estos ensayos ha indicado una escasa uniformidad de la inyección de agua entre las diferentes pilas de la batería y, al interior de cada pila, la distribución irregular del agua al interior de la estructura acanalada; la atomización del agua corriente arriba reduce un poco el problema, sin tener la misma eficacia de la fragmentación fina a través del entero volumen de la pila producida por el elemento reticulado del Ejemplo anterior.
Ejemplo 2
Las dos pilas del Ejemplo 1 fueron alimentadas con los reactivos gaseosos y el agua a través de los colectores inferiores (9), empleando los colectores superiores (8) para la descarga. En estas condiciones, fue posible operar también la batería de 30 pilas a 600 mA/cm^{2}, aunque los voltajes de las cinco pilas terminales quedaran por debajo de 600 mV. A la misma densidad de corriente, los voltajes de la batería de 15 pilas estaban distribuidos en un intervalo comprendido entre 650 y 670 mV; aunque los valores máximos no estuvieran lejos de aquellos relativos al ensayo anterior, en donde la inyección era realizada a través de los colectores superiores, la repartición de los voltajes de pila resultó mucho más homogénea. Esto se explica por el hecho que cuando una pluralidad de pilas es alimentada en paralelo por un colector puesto a un nivel superior, es posible que parte del agua se separe en el fondo del mismo colector, cayendo sucesivamente en la entrada del grupo de pilas que quedan más cerca del punto de inyección del agua. En el caso de la inyección por el fondo, el agua no cae adentro de las pilas, siendo más bien aspirada por el gas entrante, proporcionando así un flujo más uniforme al interior de cada pila individual.
Ejemplo 3
Los ensayos de los Ejemplos 1 y 2 fueron repetidos alimentando hidrógeno puro como combustible, cerrando el colector de salida del lado anódico e inyectando agua sólo en el colector de entrada del aire. En los dos casos se observó que las prestaciones de la batería eran substancialmente las mismas que en el caso anterior, siendo los pequeños incrementos detectados en los voltajes de las pilas debidos al aumento de la fracción molar del combustible. Además, se ha observado que en el caso del consumo total de un combustible puro al ánodo (funcionamiento dead-end) es suficiente humidificar nada más el flujo del oxidante.
En este caso, la atomización del agua con el generador de aerosol de ultrasonidos no ha producido algún efecto positivo.
Ejemplo 4
La batería de 30 pilas de los ejemplos anteriores fue rotada 35º alrededor del eje principal, así que en cada una de las guarniciones (6) alimentadas con aire, el hoyo inferior (13) estaba posicionado al nivel mas bajo posible respecto a su posición inicial. La batería fue entonces alimentada con aire desde el colector inferior correspondiente (9), en donde se inyectó agua como en los ejemplos anteriores. Se alimentó hidrógeno puro desde el relativo colector inferior (9) a consumo total, sin humidificación alguna y cerrando el relativo colector superior (8), según un modo de funcionamiento dead-end.
Ejemplo 5
Una batería de 45 pilas de combustible fue realizada según el esquema en figura 1, provista de los componentes siguientes:
-
Membranas de intercambio iónico (2), comercializadas por Gore, EE.UU., bajo la marca Gore Select® ,
-
Electrodos (3) comercializados por E-Tek, Inc., bajo la marca ELAT®, activados con una capa catalítica (4) hecha de partículas de platino soportado sobre carbón activo, con una superficie activa de 200 cm^{2}.
-
Elementos reticulados (5) hechos superponiendo una lámina estirada aplanada, como mostrado en la figura 7A, contra la placa bipolar (7), con una malla rombal de 3 mm de lado, y una red plana delgada contra el electrodo (3), como mostrado en la fig. 7B, con una malla cuadrada de 1 mm de lado; la lámina estirada y la red plana estaban hechas de acero inoxidable AISI 316 L
-
Guarniciones (6) según el esquema en la fig. 4
-
Placas bipolares (7) hechas de una lámina de acero inoxidable espesa 2 mm.
-
Placas terminales de aluminio (10), conectadas eléctricamente a las placas bipolares (7) de las pilas externas, provistas de conectores de corriente enchufados a una carga resistiva variable.
La batería fue conectada, por medio de conectores adecuados armados sobre una de las placas terminales (10), al circuito de alimentación en donde circulaba agua desmineralizada, regulada a la temperatura requerida por medio de un intercambiador de calor. A través de estas conexiones, las baterías fueron alimentadas con hidrógeno puro al polo negativo (ánodo) y con aire al polo positivo (cátodo) por medio de los colectores inferiores (9) obtenidos superponiendo los hoyos inferiores (13) y las aberturas correspondientes en las placas bipolares (7) en configuración de filtro-prensa. Un flujo de agua desmineralizada, cuyo caudal estaba regulado como requerido, de acuerdo con las respuestas dinámicas del sistema, fue alimentado desde el circuito relativo a los canales de inyección (15). La batería no estaba provista de refrigeración auxiliar alguna en adición a aquella proporcionada por la evaporación del agua alimentada a los canales de inyección (15).
Se hizo funcionar la batería durante 12 horas a una densidad de corriente de 700 mA/cm^{2}, regulando la temperatura de las pilas a 75ºC, y controlando el voltaje de las pilas individuales. El caudal de agua fue regulado manualmente hasta maximizar el voltaje de las pilas individuales. Al final de esta regulación manual, todas las pilas de la batería mostraron un voltaje comprendido entre 680 y 700 mV, que permaneció estable en el tiempo. Este ensayo permitió averiguar que, respecto al tipo de guarniciones empleado en los ejemplos anteriores, que determinaba la mezcla del gas y del agua en el colector de entrada, el empleo de la guarnición mostrada en la fig. 4, en donde la mezcla de los dos fluidos tiene lugar en un canal más pequeño, corriente abajo del colector de entrada, es más favorable.
Se ha también averiguado en este caso que la atomización del agua inyectada en un flujo de aire introducido en los canales (15) no presenta algún efecto positivo.
Ejemplo 6
Una batería de 45 pilas de combustible fue realizada análogamente a aquella del ejemplo anterior con la sola excepción de las guarniciones, que correspondían a las de la fig. 5. Este tipo de diseño proporciona una alimentación separada de las corrientes de gas y de agua, que no se mezclan antes de la introducción dentro del elemento reticulado (5), asegurando una distribución de agua aun más uniforme en las pilas individuales. Esta batería, operada a 700 mA/cm^{2} en las mismas condiciones del Ejemplo 5, ha mostrado valores de voltaje de pila comprendidos entre 700 y 715 mV.
Ejemplo 7
Una batería de 45 pilas de combustible fue realizada análogamente a aquella del ejemplo anterior con la sola excepción de las guarniciones, que correspondían a las de la fig. 6, y del elemento reticulado (5), hecho de una espuma de níquel similar a la del Ejemplo 1. La batería fue conectada de manera que los reactivos fueran alimentados a través de los colectores superiores (8) y descargados a través de los colectores inferiores (9). Con este diseño de guarniciones, las corrientes de gas y de agua inyectadas, además de estar separadas hasta la introducción dentro del elemento reticulado (5), son mezcladas en direcciones recíprocamente ortogonales. En este caso, para asegurar una humidificación suficiente de la región superior del elemento reticulado, el flujo de agua fue repartido para que entrara principalmente en los canales (15), y en medida menor en los colectores superiores (8) utilizados para alimentar las pilas. La porción de agua inyectada en los canales (15) fue fijada alrededor del 90% del total, y en todos casos nunca por debajo del 80%. Esta batería, operada a 700 mA/cm^{2} en las mismas condiciones de los Ejemplos 5 y 6, ha mostrado valores de voltaje de pila comprendidos entre 710 y 730 mV.
Ejemplo 8
Una batería de 45 pilas de combustible fue realizada análogamente a aquella del ejemplo 6 con la sola excepción del elemento reticulado (5), hecho de una espuma de níquel como mostrado en la fig. 9. En este caso, la deformabilidad de la espuma metálica fue explotada para producir dos pequeños canales o depresiones (16) para la distribución preferencial del agua en dirección substancialmente paralela con respecto al flujo de gas, dichos canales siendo en forma de serpentinas que atravesaban la superficie entera de la espuma. Para formar las depresiones (16) es suficiente prensar en frío un alambre metálico con el espesor requerido dentro de la espuma metálica. En el caso presente, se han obtenido serpentinas de 3 mm de ancho prensando en frío un alambre de acero del mismo espesor. Es evidentemente posible formar una serpentina simple (16) para ser alimentada de un canal simple (15), pero también más de dos serpentinas. Esta batería, operada a 700 mA/cm^{2} en las mismas condiciones de los Ejemplos 5, 6 y 7, ha mostrado valores de voltaje de pila comprendidos entre 715 y 730 mV.
Ejemplo 9
Una batería de 45 pilas de combustible fue realizada análogamente a aquella del ejemplo 7 con la sola excepción de las guarniciones, que correspondían a las de la fig. 6, y del elemento reticulado (5), hecho de la espuma de níquel representada en la fig. 10. También en este caso, la deformabilidad de la espuma metálica fue explotada para producir dos pequeños canales para la distribución preferencial del agua; en este caso, sin embargo, se ha escogido una geometría de doble peine alternado para crear una serie de conductos paralelos que fueron alimentados con agua en dirección sustancialmente ortogonal con respecto a la dirección del flujo de gas. Esto aumenta la caída de presión total al interior del elemento reticulado (5) y obliga los reactivos gaseosos a seguir caminos más tortuosos, distribuyendo la misma caída sobre la superficie entera de la pila previniendo las zonas de estancación o de depleción. Esta batería, operada a 700 mA/cm^{2} en las mismas condiciones de los Ejemplos 5, 6 y 7, ha mostrado valores de voltaje de pila comprendidos entre 730 y 740 mV.
Aunque la invención fue descrita refiriéndose a formas de realización específicas, estas últimas no entienden limitar la invención, cuyo alcance es definido por las reivindicaciones anexas.

Claims (20)

1. Una batería de pilas de combustible de membrana polimérica alimentada con reactivos gaseosos, en donde dicha membrana separa un compartimiento anódico y un compartimiento catódico, que comprende placas bipolares, guarniciones opcionalmente provistas de canales para la entrada y la descarga de fluidos, electrodos porosos, capas catalíticas interpuestas entre las membranas y los electrodos, colectores para alimentar los flujos de los reactivos, colectores para la descarga de las fracciones no convertidas de los reactivos, de los inertes y del agua de producción, y al menos un punto de inyección que conecta un circuito hidráulico para la alimentación de agua al interior de al menos un compartimiento de las pilas, dicha alimentación de agua realiza simultáneamente la humidificación de las membranas y la eliminación del calor generado, caracterizada porque al menos un compartimiento de las pilas alimentado con los reactivos y el agua que viene desde el punto de inyección comprende un elemento reticulado eléctricamente conductivo interpuesto entre dichos electrodos y dichas placas bipolares, que distribuye dicho flujo de agua a través de todo el volumen ocupado por los reactivos gaseosos.
2. La batería de la reivindicación 1 caracterizada porque el punto de inyección de agua está posicionado afuera de dicho al menos un compartimiento.
3. La batería de la reivindicación 2 caracterizada porque el punto de inyección de agua está posicionado a la entrada del colector para alimentar el flujo de los reactivos.
4. La batería de la reivindicación 3 caracterizada porque dicho colector para alimentar el flujo de los reactivos es un colector inferior.
5. La batería de la reivindicación 4 caracterizada porque dicha batería está rotada alrededor de su eje principal y el colector está en la posición más baja.
6. La batería de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque un solo compartimiento de las pilas es alimentado con agua.
7. La batería de la reivindicación 6 caracterizada porque dicho un solo compartimiento alimentado con agua es el compartimiento catódico.
8. La batería de la reivindicación 2 caracterizada porque dicho punto de inyección de agua está posicionado al interior de canales formados en las guarniciones, corriente abajo del colector para alimentar el flujo de los reactivos.
9. La batería de la reivindicación 1 caracterizada porque dicho punto de inyección de agua está posicionado al interior de las pilas.
10. La batería de la reivindicación 8 caracterizada porque la orientación de la inyección de agua es esencialmente paralela a la dirección del flujo de los reactivos.
11. La batería de la reivindicación 8 caracterizada porque la orientación de la inyección de agua es esencialmente ortogonal a la dirección del flujo de los reactivos.
12. La batería de la reivindicación 1 caracterizada porque dicho elemento reticulado es deformable por compresión en frío.
13. La batería de la reivindicación 12 caracterizada porque dicho elemento reticulado deformable por compresión en frío es una espuma metálica.
14. La batería de la reivindicación 13 caracterizada porque dicha espuma metálica contiene níquel.
15. La batería de la reivindicación 12 caracterizada porque dicho elemento reticulado comprende al menos una depresión para la distribución de agua.
16. La batería de la reivindicación 15 caracterizada porque dicha al menos una depresión es obtenida por compresión en frío.
17. La batería de la reivindicación 15 caracterizada porque la orientación de dicha al menos una depresión es esencialmente paralela a la dirección del flujo de los reactivos.
18. La batería de la reivindicación 17 caracterizada porque dichas depresiones tienen forma de serpentina.
19. La batería de la reivindicación 15 caracterizada porque la orientación de dicha al menos una depresión es esencialmente ortogonal a la dirección del flujo de los reactivos.
20. La batería de la reivindicación 19 caracterizada porque dichas depresiones están dispuestas según una geometría de doble peine alternado.
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1314256B1 (it) 1999-12-03 2002-12-06 Nora Fuel Cells S P A De Batteria di celle a combustibile a membrana polimerica.
US6916564B2 (en) 2000-05-31 2005-07-12 Nuvera Fuel Cells, Inc. High-efficiency fuel cell power system with power generating expander
CA2440884C (en) * 2001-03-16 2012-05-22 Alza Corporation Transdermal patch for administering fentanyl
DE10139047A1 (de) * 2001-08-08 2003-02-20 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Inbetriebnahme einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle
CA2469401A1 (en) * 2001-12-05 2003-06-19 Lawrence G. Clawson High efficiency otto cycle engine with power generating expander
DE10217712A1 (de) * 2002-04-20 2003-11-13 Daimler Chrysler Ag Elektrodenplatte mit Befeuchtungsbereich
ITMI20021338A1 (it) 2002-06-17 2003-12-17 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Generatore elettrochimico a membrana con iniezione diretta di acqua liquida nei agenti gassosi
ITMI20021859A1 (it) * 2002-08-28 2004-02-29 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Generatore elettrochimico a membrana con migliorato
SE523665C2 (sv) * 2002-09-20 2004-05-11 Volvo Technology Corp Bränslecell och bränslecellsstack
ITMI20022637A1 (it) * 2002-12-16 2004-06-17 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Generatore elettrochimico e metodo per il suo utilizzo
ITMI20031881A1 (it) * 2003-10-01 2005-04-02 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Separatore bipolare per batteria di celle a combustibile.
JP4887600B2 (ja) 2003-11-10 2012-02-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池、その分解方法およびそのセパレータ
ITMI20032531A1 (it) * 2003-12-19 2005-06-20 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Cella a combustione a membrana alimentata in
GB2409763B (en) * 2003-12-31 2007-01-17 Intelligent Energy Ltd Water management in fuel cells
JP2005209470A (ja) * 2004-01-22 2005-08-04 Equos Research Co Ltd 燃料電池
JP4218569B2 (ja) * 2004-03-30 2009-02-04 株式会社エクォス・リサーチ セパレータ及びそれを用いた燃料電池
EP1786725A2 (en) 2004-06-11 2007-05-23 Nuvera Fuel Cells, Inc. Fuel fired hydrogen generator
JP4992188B2 (ja) * 2005-03-11 2012-08-08 株式会社エクォス・リサーチ セパレータユニット及び燃料電池スタック
JP4887639B2 (ja) * 2005-03-11 2012-02-29 株式会社エクォス・リサーチ セパレータユニット及び燃料電池スタック
JP4506552B2 (ja) * 2005-05-12 2010-07-21 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池
IL173539A0 (en) * 2006-02-05 2006-07-05 Rami Noach Flow distributor plate
CA2577766A1 (en) * 2006-02-17 2007-08-17 Nuvera Fuel Cells, Inc. Method of cleaning fuel cell
US7914944B2 (en) * 2006-12-07 2011-03-29 Canon Kabushiki Kaisha Atmosphere open type fuel cell
JP5361127B2 (ja) * 2006-12-07 2013-12-04 キヤノン株式会社 燃料電池
DE102007016905A1 (de) * 2007-04-02 2008-10-09 Staxera Gmbh Interkonnektoranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung für einen Brennstoffzellenstapel
WO2010047693A1 (en) * 2008-10-22 2010-04-29 Utc Fuel Cells, Llc Porous flow field plate for moisture distribution control in a fuel cell
WO2010061703A1 (ja) 2008-11-28 2010-06-03 日産自動車株式会社 固体高分子形燃料電池
US8889314B2 (en) * 2009-01-13 2014-11-18 GM Global Technology Operations LLC Bipolar plate for a fuel cell stack
JP5409142B2 (ja) * 2009-06-30 2014-02-05 株式会社日立製作所 燃料電池
CN102308419B (zh) * 2009-09-01 2014-09-17 松下电器产业株式会社 膜电极接合体及其制造方法、以及燃料电池
CN102969519B (zh) * 2011-09-01 2016-06-08 上海恒劲动力科技有限公司 一种燃料电池加湿器
AU2015259213A1 (en) * 2014-05-15 2016-11-24 Nuvera Fuel Cells, LLC Flow fields for use with an electrochemical cell
US10158128B2 (en) * 2017-03-07 2018-12-18 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell stack break-in procedures and break-in conditioning systems
DE102018100765A1 (de) * 2018-01-15 2019-07-18 Atlas Elektronik Gmbh Unterwasservorrichtung zum Einsatz unter Wasser mit einer Energieerzeugungseinrichtung
US11211619B2 (en) 2019-10-11 2021-12-28 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell architectures, aftertreatment systems, and control logic for exhaust water extraction
DE102019218425A1 (de) * 2019-11-28 2021-06-02 Robert Bosch Gmbh Bipolarplatte
US11728496B2 (en) 2021-03-09 2023-08-15 GM Global Technology Operations LLC Propulsion battery packs with integrated fuel tank mounting systems
DE102021112492A1 (de) 2021-05-12 2022-11-17 MTU Aero Engines AG Luftbefeuchtungsvorrichtung, Verfahren zum Betreiben einer Luftbefeuchtungsvorrichtung und System, aufweisend zumindest eine Luftbefeuchtungsvorrichtung
US11735751B1 (en) 2022-03-21 2023-08-22 GM Global Technology Operations LLC Intelligent fuel cell systems and control logic for smart use of anode header drain valves for FCS bleed and drainage
US11713734B1 (en) * 2023-02-01 2023-08-01 GM Global Technology Operations LLC Thermally conditioned noise / vibration attenuating fuel rail chamber

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4795683A (en) * 1987-07-23 1989-01-03 United Technologies Corporation High power density evaporatively cooled ion exchange membrane fuel cell
US4769297A (en) * 1987-11-16 1988-09-06 International Fuel Cells Corporation Solid polymer electrolyte fuel cell stack water management system
US4824741A (en) 1988-02-12 1989-04-25 International Fuel Cells Corporation Solid polymer electrolyte fuel cell system with porous plate evaporative cooling
US5635039A (en) * 1993-07-13 1997-06-03 Lynntech, Inc. Membrane with internal passages to permit fluid flow and an electrochemical cell containing the same
JP3203150B2 (ja) * 1995-05-18 2001-08-27 三洋電機株式会社 固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池システム
IT1284072B1 (it) * 1996-06-26 1998-05-08 De Nora Spa Cella elettrochimica a membrana provvista di elettrodi a diffusione gassosa contattati da portacorrente metallici lisci e porosi a
US6146780A (en) * 1997-01-24 2000-11-14 Lynntech, Inc. Bipolar separator plates for electrochemical cell stacks
US5798888A (en) 1997-04-09 1998-08-25 Iomega Corporation Disk hub for a removable cartridge and spindle motor for using same
JP2001519080A (ja) * 1997-04-10 2001-10-16 マグネート−モートア、ゲゼルシャフト、フュール、マグネートモートリシェ、テヒニク、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング ポリマー電解質燃料電池の冷却および増湿
WO1999060640A2 (de) * 1998-05-14 1999-11-25 Siemens Aktiengesellschaft Pem-brennstoffzelle und verfahren zum betreiben eines pem- brennstoffzellensystems mit flüssiger befeuchtung und/oder kühlung
US6015633A (en) 1998-10-07 2000-01-18 Plug Power, L.L.C. Fluid flow plate for water management, method for fabricating same, and fuel cell employing same
WO2000074165A1 (fr) * 1999-05-28 2000-12-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Pile a combustible a electrolyte polymere et utilisation de celle-ci
CA2401915C (en) * 2001-09-11 2007-01-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer elecrolyte fuel cell
EP1291946A3 (en) * 2001-09-11 2006-03-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and conductive separator plate thereof

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Publication number Publication date
IT1312198B1 (it) 2002-04-09
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