ES2331764A1 - Pila de consumo que comprende una pila de combustible. - Google Patents

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Abstract

Pila de consumo que comprende una pila de combustibles. Pila de consumo que comprende una unidad generadora de electricidad (UGE) 100 y una unidad portadora de combustible (UPC) 200 que forman una pila de combustible tubular pasiva. La UGE comprende un colector tubular externo 130 y un colector tubular interno 140, de manera que los componentes de la UGE están dispuestos entre ambos y el colector tubular interno aplica presión hacia el exterior sobre dichos componentes. La UGE también comprende dos celdas tubulares adyacentes generadoras de electricidad conectadas en serie 110 y 120, que pueden estar dispuesta bien consecutivamente bien concéntricamente. Cada celda tubular comprende una membrana de intercambio de protones que a cada lado incorpora un catalizador y un difusor de gases, y también comprende dos o más juntas cilíndricas para sellar la celda y evitar la fuga de gases.

Description

Pila de consumo que comprende una pila de combustible
La presente invención se refiere a una pila de consumo que comprende una unidad generadora de electricidad y una unidad portadora de combustible, las cuales forman una pila de combustible pasiva con formato tubular, estando la unidad generadora de electricidad provista de un colector tubular externo de corriente, de manera que la unidad portadora de combustible proporciona un combustible gaseoso a la unidad generadora de electricidad, siendo el comburente el oxígeno del aire.
Estado de la técnica anterior
Las pilas llamadas "de consumo" son dispositivos electroquímicos unitarios que proporcionan corriente continua a 1,5 V en circuito abierto (si la pila es monocelda; si es multicelda el voltaje será múltiplo de 1,5 V). Estas pilas se comercializan con diferentes formatos normalizados; la pila de consumo más típica es la LR6 ó AA, que tiene una forma cilíndrica de 50,5 mm de altura y 14,2 mm de diámetro.
Actualmente el mercado de las pilas de consumo está dominado por la química del Zn-MnO_{2} (preferentemente en su forma alcalina), pero la rápida evolución de la electrónica ha hecho que, en muchas ocasiones, la demanda de energía eléctrica en equipos portátiles no quede satisfecha con la energía suministrada por las pilas alcalinas tradicionales. Esta limitación está propiciando el desarrollo de tecnologías alternativas que, manteniendo el estándar de tamaño y voltaje de las pilas de consumo, presentan ventajas frente a las pilas tradicionales.
Una de dichas tecnologías alternativas es la de las pilas de combustible. Las pilas de combustible aprovechan la transferencia de protones y electrones que intervienen en la reacción electroquímica de formación del agua (4H^{+} + O_{2} + 4e^{-} \rightarrow 2H_{2}O) para generar electricidad. Generalmente utiliza como combustible hidrógeno (bajo diversas formas) y como comburente oxígeno (tomado normalmente del aire). El único producto de residuo es agua.
Una pila de combustible generalmente consiste en un apilamiento ("stack") de celdas elementales, cada una de las cuales comprende un electrolito y dos electrodos, ánodo y cátodo. El electrolito separa el compartimento anódico, donde se produce la oxidación del combustible (normalmente la descomposición del hidrógeno en protones y electrones, estimulada por un catalizador), del compartimento catódico, donde tiene lugar la reducción del comburente (que en el caso del oxígeno resulta en la formación de agua). Para que se den estas reacciones, y se produzca electricidad, es necesario que el electrolito sea permeable a los protones pero no a los electrones. De este modo, los protones atraviesan el electrolito y los electrones circulan por un circuito exterior dispuesto entre el cátodo y el ánodo, generando una corriente eléctrica. En el ánodo, los protones, los electrones y el oxígeno se combinan produciendo agua.
Con frecuencia, las reacciones electroquímicas en una pila de combustible tienen lugar bajo condiciones de alta presión y temperatura, para mejorar su eficiencia. Evidentemente, en una pila de consumo no pueden darse estas condiciones, por lo que hay que diseñar la pila para que sea operativa en condiciones normales de presión y temperatura, sin alimentación forzada de gases ni gestión externa de la temperatura, lo que se denomina "de forma pasiva".
Una configuración de electrolito que puede ser adecuada para pilas de consumo es la membrana de intercambio de protones (PEM, "Proton Exchange Membrane"). En una celda de una pila de combustible PEM, el electrolito es una membrana polimérica que está revestida de una capa catalítica, que induce las reacciones electroquímicas y transfiere los iones generados. Dicha membrana constituye, junto con los electrodos, un MEA ("Membrane Electrode Assembly"). Habitualmente, los electrodos también actúan como difusores de gases, es decir, facilitan la difusión del hidrógeno y del oxígeno sobre la capa catalítica de la membrana.
El potencial teórico de la reacción electroquímica descrita es de 1,23 V, pero las resistencias internas y otros factores limitan este valor a alrededor de 0,7 V, por lo que en una pila de consumo hay que disponer dos MEAs o celdas en serie. En las pilas de combustible conocidas, dichas celdas suelen ser planas y apilarse una sobre otra, conectadas en serie. Pero las celdas planas, por ejemplo circulares, de las dimensiones transversales de una pila de consumo tienen un área demasiado pequeña para proporcionar la potencia deseada, por lo que hay que explorar otras configuraciones geométricas. Una disposición cilíndrica parece adecuada a la forma de la pila de consumo.
Son conocidas pilas de combustible con celdas cilíndricas, en las que los distintos elementos adoptan una forma cilíndrica o tubular. El propio solicitante, en su solicitud de patente nº P200401358, describe una pila de consumo con tecnología de pila de combustible que comprende dos unidades independientes y separables: una unidad generadora de electricidad (UGE) y una unidad portadora de combustible (UPC), las cuales forman una pila de combustible tubular pasiva (es decir, en la que los gases no se presurizan, humidifican ni calientan). La UGE está provista de un colector externo de corriente en forma de tubo y de dos MEAs tubulares concéntricos, de manera que la UPC proporciona hidrógeno gaseoso a los MEAs, siendo el comburente el oxígeno del aire.
Aunque ese documento presenta una pila de combustible viable como pila de consumo, no resuelve satisfactoriamente las dificultades que plantea la obtención de una potencia eléctrica de suficiente magnitud y duración.
Descripción de la invención
Un objetivo de la presente invención es el de proporcional una pila de consumo con tecnología de pila de combustible que sea práctica y económica.
Para ello, la unidad generadora de electricidad de la pila de combustible comprende un colector tubular interno de corriente, de manera que los componentes de la unidad generadora de electricidad están dispuestos entre el colector tubular externo y el colector tubular interno, y el colector interno aplica presión hacia el exterior sobre dichos componentes que están entre ambos colectores. Por tanto se proporciona un buen contacto tanto eléctrico como químico entre los componentes de la pila de combustible, además de un excelente sellado que evita la fuga del hidrógeno.
Ventajosamente, la unidad generadora de electricidad comprende dos celdas tubulares adyacentes generadoras de electricidad conectadas en serie. De este modo la pila de consumo presenta un voltaje de aproximadamente 1,5 V.
Preferiblemente, cada celda tubular comprende al menos una membrana de intercambio de protones, que a cada lado incorpora un catalizador y un difusor de gases.
En una realización, al menos una de las membranas de intercambio de protones se dobla hasta adoptar una configuración cilíndrica a partir de una forma inicial plana, y los extremos de al menos una celda tubular provista de una membrana plana doblada en cilindro son unidos y sellados para evitar la fuga de gases.
En una realización, al menos una de las membranas de intercambio de protones se fabrica en forma de tubo.
Ventajosamente, cada celda tubular comprende al menos dos juntas cilíndricas para sellar la celda y evitar la fuga de gases, que están dispuestas en el lado exterior y en el lado interior de la celda.
En una realización, las juntas cilíndricas se forman durante la fabricación de la celda a partir de un material fluido que solidifica sellando la celda e impidiendo la salida o entrada de gases.
En una realización, las juntas cilíndricas se forman durante la fabricación de la celda mediante el enrollamiento de una lámina de un material deformable.
En una realización, las juntas cilíndricas son piezas preformadas deformables que proporcionan el sellado de las celdas tras aplicarles presión.
La deformación de las juntas cilíndricas puede plástica o elástica.
En una realización, dos celdas tubulares adyacentes están dispuestas axialmente, es decir, son consecutivas. Entre el colector interno y el colector externo se puede disponer un colector intermedio, cuya forma es la de una malla tubular con dos diámetros que definen dos semitubos, de manera que una celda se sitúa en el interior del semitubo de mayor diámetro y la adyacente rodea el exterior del semitubo de menor diámetro. La estructura de malla permite un correcto contacto eléctrico y facilita el paso de los gases a su través.
En una realización, dos celdas tubulares adyacentes están dispuestas radialmente, es decir, son concéntricas. Dichas dos celdas tubulares concéntricas pueden ser directas, es decir, pueden tener sus elementos dispuestos en el mismo orden en la dirección radial, o bien pueden ser inversas, es decir, pueden tener sus elementos dispuestos en orden inverso en la dirección radial. En el primer caso, el contacto eléctrico puede establecerse por medio de un anillo bipolar dispuesto entre las dos celdas tubulares concéntricas.
En una realización, dicho anillo bipolar adopta la forma de un tubo corrugado en espiral, que además define unos canales para la circulación de oxígeno entre las dos celdas tubulares concéntricas.
Preferiblemente, la unidad generadora de electricidad es el polo positivo de la pila y la unidad portadora de combustible es el polo negativo, aunque la configuración puede ser la opuesta, es decir, la unidad generadora de electricidad puede ser el polo negativo de la pila y la unidad portadora de combustible puede ser el polo positivo.
En una realización, la unidad generadora de electricidad y la unidad portadora de combustible son unidades independientes y separables. La unidad portadora de combustible puede ser desechable tras su agotamiento.
En una realización, la unidad generadora de electricidad y la unidad portadora de combustible son unidades integrales y no separables.
Ventajosamente, la unidad portadora de combustible es recargable.
En una realización, la unidad portadora de combustible está configurada de manera tal que, al colocar la pila en su compartimento de uso, que estará provisto de un muelle, dicho muelle empujará la unidad portadora de combustible hacia el interior de la unidad generadora de electricidad, lo cual provocará la apertura de una válvula de salida del combustible gaseoso hacia la unidad generadora de electricidad.
Preferiblemente, el combustible gaseoso es hidrógeno.
En una realización, la unidad portadora de combustible almacena el hidrógeno combinado en hidruros metálicos.
En una realización, la unidad portadora de combustible almacena el hidrógeno en nanofibras de carbón.
En una realización, la unidad portadora de combustible almacena el hidrógeno de forma química, en un compuesto que lo contenga.
En una realización, la unidad portadora de combustible ocupa una parte significativa del volumen que contiene el colector interno de la unidad generadora de electricidad, por ejemplo más de la mitad de dicho volumen, y preferiblemente más de dos tercios. Así se aprovecha mejor el espacio disponible y la pila es más duradera.
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Breve descripción de los dibujos
A continuación se describirán, a título de ejemplo no limitativo, varias realizaciones de la invención, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 es una vista de una realización que muestra por separado la unidad generadora de electricidad (UGE) y la unidad portadora de combustible (UPC);
la figura 2 representa esquemáticamente una pila con dos celdas consecutivas;
la figura 3 representa una pila con dos celdas concéntricas en disposición directa;
la figura 4 representa una pila con dos celdas concéntricas en disposición inversa;
la figura 5 es una vista de dos alternativas para el colector externo;
la figura 6 representa una celda entre el colector interno y el colector externo;
la figura 7 representa unas juntas para un MEA plano;
la figura 8 representa unas juntas para un MEA tubular;
la figura 9 representa una tira continua de juntas;
la figura 10 muestra el conector entre dos MEAs consecutivos;
la figura 11 muestra un colector intermedio entre dos MEAs consecutivos;
y la figura 12 muestra un conector entre dos MEAs concéntricos directos.
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Descripción de realizaciones preferidas
A continuación se describirán diversos modos de realización de una pila compatible en tamaño y prestaciones con las pilas de consumo (y más concretamente con la pila LR6 ó AA) y que utiliza la tecnología de las pilas de combustible para su funcionamiento. Preferentemente se emplean pilas de combustible de membrana polimérica utilizadas de forma pasiva, es decir, sin alimentación forzada de gases ni gestión externa de la temperatura, en las cuales el combustible es hidrógeno. Una pila de combustible de membrana polimérica comprende por lo menos un MEA (Membrane Electrode Assembly), que es una celda individual generadora de electricidad.
En general, la pila de combustible se divide en una unidad generadora de electricidad (UGE) y una unidad portadora de combustible (UPC).
Los componentes de una realización se separan en dos partes: una reutilizable que incluye la UGE, y otra desechable que contiene la UPC.
La UPC de otra realización comprende cartuchos permanentes de combustible. En este caso los cartuchos son preferiblemente recargables, aunque también pueden ser recargables los cartuchos desechables.
Para presentar el voltaje requerido (1,5 V) la UGE dispone de al menos dos celdas o MEAs en serie. Cada MEA está formado por una membrana capaz de trasportar iones H^{+} a su través, la cual dispone de una capa de catalizador a cada lado. Dicho catalizador es el que facilita las reacciones electroquímicas de descomposición del hidrógeno (por un lado) y oxígeno (por el otro). A este conjunto de tres capas se denomina MEA de 3 capas. El combustible (H_{2}) y comburente (O_{2}) llegan hasta el catalizador en forma gaseosa, por lo que es conveniente disponer de otras dos capas (una a cada lado del MEA) que faciliten este acercamiento y permitan la circulación de electrones. A estas capas se les denomina capas difusoras y junto a las tres anteriores forman el MEA de 5 capas. Salvo indicación en contra, todas las menciones de MEAs a partir de ahora se referirán a este conjunto de 5 capas.
En la presente invención se descarta la posibilidad de apilar MEAs planos perpendicularmente al eje axial, ya que la superficie de cada MEA sería muy pequeña y habría que utilizar muchos MEAs, lo cual complicaría las conexiones eléctricas y la distribución de los gases. Además el volumen final disponible para el almacenamiento de hidrógeno sería demasiado pequeño. En línea con lo descrito en la solicitud de patente española nº P200401358, del propio solicitante, los MEAs de la presente invención son tubulares.
Para facilitar el cambio de la UPC en caso de que ésta sea desechable, o para facilitar su recarga en el caso de que sea recargable, la UPC se coloca en la zona de un polo y la UGE se coloca en la zona del otro polo. De hecho, uno de los polos de la pila está en la UGE y el otro polo está en la UPC.
En consecuencia, hay que procurar una conexión eléctrica excelente entre la UGE y la UPC. Asimismo, el cierre o sellado entre ambas tiene que ser eficaz para evitar la fuga de gases.
En la figura 1 se representa una pila de combustible con UPC 200 desechable. El uso de una UPC desechable impone que la conexión entre la UGE 100 y la UPC sea a la vez sencilla y hermética, dado que hay que sustituir la UPC una vez agotada. En la solicitud de patente española nº P200401358 se describen sistemas a este efecto, así como otras características de 2 MEAs tubulares conectados en serie; dicho documento se incorpora aquí por referencia.
Por el contrario, el uso de una UPC recargable permite que la UGE y la UPC formen una única pieza no separable. La conexión entre ambos componentes se simplifica y el diseño de la UPC puede ser más complejo. En este caso hay que tener en cuenta la necesidad de recargar el cartucho, por lo que el mismo debe disponer de una válvula de recarga.
En la pila de la figura 1, la UPC 200 contiene el polo positivo y adopta en su extremo final la forma de la tetilla típica de las pilas de consumo, cuya función es la de impedir el contacto inverso de dos pilas colocadas en serie. El cierre inferior de la UGE 100 incluye el contacto negativo de la pila.
En caso de que la pila tenga la UGE en el polo positivo y la UPC en el polo negativo, la tetilla de la pila se incorpora en la UGE y no es necesario un cierre hermético de la misma con una pieza específica para ello. El diseño de la UPC es algo más simple, ya que puede terminar con forma plana.
La disposición más sencilla de los dos MEAs tubulares es la que los coloca formando dos cilindros consecutivos en la parte externa del tubo (figura 2), de manera que una cara de cada MEA 110 y 120 tenga acceso al aire. De este modo se aprovecha mejor la superficie disponible y se simplifican las conexiones entre las dos celdas; un conector 150 proporciona conexión eléctrica entre ambos MEAs. También se separan claramente las zonas de los dos gases, quedando el exterior para el oxígeno y el interior para el hidrógeno.
Con esta configuración la UGE 100 abarca toda (o casi toda) la altura de la pila, por lo que la UPC 200 se dispone en el interior de la UGE.
Otra configuración se basa en disponer las dos celdas formando un doble anillo concéntrico (figura 3). Con esta disposición el MEA interno 120 es algo más alto que el MEA externo 110, debido a que su diámetro es menor y ambas celdas deben tener la misma área (aunque si se aumenta el contenido de catalizador en la celda interior se incrementa su eficiencia, por lo que es suficiente una superficie menor; de este modo se puede obtener una UGE con las dos celdas de la misma altura).
Con esta configuración la UGE no abarca la altura de la pila y la UPC se coloca a continuación de la UGE en el sentido axial, sin menoscabo de que también pueda penetrar en la cavidad interna de la UGE.
En una variante de la disposición concéntrica, el MEA externo 110 se coloca igual que en el caso anterior pero el MEA interno 120 presenta los electrodos invertidos (figura 4). De este modo los electrodos negativos de ambos MEAs comparten el mismo difusor de hidrógeno 105 y las entradas de oxígeno se encuentran en el exterior de la UGE y en la cavidad interna de la misma.
En este caso la conexión eléctrica entre ambos MEAs es más compleja que en el caso anterior, ya que los dos electrodos negativos, que son los más cercanos, deben estar aislados entre sí, pero el electrodo negativo del MEA externo debe estar en contacto con el electrodo positivo del MEA interno. Además, es necesario habilitar la entrada del aire a la cavidad interna de la UGE y no es posible usar la totalidad de dicha cavidad para almacenar hidrógeno, quedando disponible para la UPC solamente el espacio por encima de la UGE, más quizá la parte central de la cavidad.
En general, un MEA comprende varios subcomponentes (membrana, catalizador, difusores de gases, etc). Son ejemplos de dichos subcomponentes:
\bullet
Membranas: Polimeros fluorocarbonados con grupos sulfónicos (Nafion de DuPont, Primea de Gore, Hyfion de Solvey, Sterion de DFCC, etc.) o polímeros alternativos como el polibencimidazol (PBI), etc.
\bullet
Catalizadores: Habitualmente platino, pero también compuestos de cobalto, rutenio etc.
\bullet
Difusores de gases: Normalmente de carbono, como "carbon cloth" o "carbon paper".
Para determinar las dimensiones de cada MEA se han efectuado experimentos con una pila de combustible de membrana polimérica estándar (membrana de Nafion, electrodos de tejido de carbón con una capa base de una mezcla de polvo de carbón y teflón, catalizador de platino depositado sobre carbón, colectores de acero dorados, sellado mecánico mediante tornillos). Esta pila de combustible utilizaba hidrógeno sin presurización obtenido desde una bala a presión (a efectos prácticos se trataba de un suministro ininterrumpido de hidrógeno a presión atmosférica) y aire por convección (sin presurizar). La temperatura y la humedad de la pila eran las ambientales.
De la comparación entre esta pila de combustible y una pila alcalina LR6 se ha determinado que son necesarios 2 MEAs de 4 cm^{2} cada uno conectados en serie para disponer de una pila de prestaciones (intensidad y voltaje) similares a las de una pila de consumo tradicional.
Dichos MEAs pueden fabricarse doblando una lámina plana o pueden comprender una membrana tubular. En este último caso la capa catalítica se podría aplicar sobre la membrana mediante un proceso de impresión, utilizando unos rodillos aplicadores, o bien por rociado, añadiendo la capa catalítica mediante una pistola aplicadora desde uno de los extremos del tubo.
La pila también está provista de un colector externo 130 (ver figura 5), cuya función es triple: transportar los electrones del cátodo, permitir el paso de oxígeno y soportar la estructura completa de la UGE. Para ello tiene que estar formado por un material conductor y resistente al mismo tiempo. Un material que cumple satisfactoriamente estas características es el acero, siempre que se proteja contra la corrosión.
El colector externo de la UGE es una carcasa metálica similar a la utilizada en las pilas alcalinas, pero en la cual se han perforado las entradas del oxígeno. Si la parte permanente de la pila se sitúa en su parte inferior, el colector externo está abierto por ambos extremos (figura 5a), pero si la parte permanente se sitúa en la parte superior, el colector externo está cerrado por uno de los extremos (figura 5b).
En el primer caso, el colector externo dispone de una zona de mayor diámetro 132 en su parte más baja, a fin adaptar el cierre de la pila (similar al de la pila alcalina) y cerrar la UGE por ese extremo (el otro lado queda cerrado con la UPC). En el segundo caso, la parte superior cerrada de la UGE adopta la forma del contacto positivo, conocido como tetilla, típico de las pilas alcalinas, y la parte inferior abierta se cierra con la UPC.
La UGC comprende asimismo un colector interno 140 (figura 6), cuya función también es triple: transportar los electrones del ánodo, permitir el paso del hidrógeno y proporcionar la presión de cierre de la UGE. Como se explicará más adelante, durante la fabricación de la pila el colector interno 140 es expandido hacia fuera, presionando los componentes intermedios (MEAs, juntas y colectores de interconexión) contra el colector externo 130.
El diseño del colector interno puede variar en función de la configuración de la pila. Si se trata de una pila con la UGE en la parte superior, el colector interno adopta la forma de un tubo con paredes perforadas. En cambio, en una pila con la UGE en la parte inferior (que es la representada en la figura 6), hay que conectar el colector interno 140 con una pieza de cierre 135 de la pila. Esta pieza trasmite los electrones al polo negativo a través de un clavo metálico 138. Para evitar resistencias internas, el contacto óptimo entre el colector interno 140 (colector negativo) y dicho clavo 138 puede efectuarse mediante una soldadura 137.
Otro factor que afecta el diseño del colector interno es la configuración de la UGE: si los MEAs se colocan consecutivamente el colector interno es más largo, y si los MEAs son concéntricos el colector interno es más estrecho.
Para sellar los MEAs y evitar la fuga de gases se utilizan unas juntas de hermeticidad. Dichas juntas se fabrican con las dimensiones de la membrana, eliminando de su parte central la parte correspondiente al difusor de gases; en la figura 7a se representa un MEA plano provisto de una membrana 115 y sendos catalizadores/difusores 114 y 116, y en la figura 7b se representa dicho MEA circunscrito por una junta superior 124 y una junta inferior 126. La altura de la junta debe ser la misma que la del MEA para evitar la fuga lateral de los gases; si la junta es más alta puede verse perjudicado el contacto eléctrico del difusor de gases con el colector correspondiente.
Los materiales utilizados para las juntas admiten deformaciones, ya que es precisa su deformabilidad para que se adapten a cualquier imperfección entre los colectores y eviten eficazmente la fuga de los gases. Los materiales más habituales son teflón, silicona, polietileno, polipropileno, etc.
En la configuración cilíndrica las juntas deben sellar los MEAs de modo tal que no se escapen los gases a lo largo del tubo. Existen varias posibilidades para cumplir esta función; entre ellas:
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Arandelas de plástico: colocando una arandela en la parte superior del tubo y otra en la inferior se puede lograr un buen sellado de la celda. El diseño de la arandela es tal que sujeta la membrana sellándola contra la pared del tubo. Estas arandelas son baratas y de fácil manejo.
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Juntas tóricas: el concepto es similar al anterior, y se trata de fijar el MEA contra el tubo. Tiene la ventaja de que es un sistema muy conocido para sellar tubos.
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Junta cilíndrica: se adaptan las juntas planas a una configuración cilíndrica. Se utilizan dos juntas 124 y 126 (figura 8), una por encima del MEA 114 y otra por debajo, respectivamente. Cada una de ellas forma un marco, tal como ocurre en los MEAs planos de la figura 7. El diseño propuesto elimina uno de los lados del marco, lo que tiene la ventaja de que se elimina un posible punto de fuga.
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Cinta plástica: la junta cilíndrica descrita en el apartado anterior puede ser fabricada al momento utilizando una cinta plástica con el diseño apropiado: anchura de la cinta 125 (figura 9) igual a la anchura de la junta (y de la membrana del MEA) y huecos 127 en la cinta con las dimensiones del difusor de gases. Dependiendo del espesor de la cinta se darán las vueltas necesarias sobre un soporte cilíndrico (por ejemplo el colector interno) hasta que la pieza resultante tenga las mismas dimensiones que la junta cilíndrica interna 126 (figura 8). Después se coloca el MEA, enrollado de manera que el difusor de gases interno quede en el hueco formado por la junta. A continuación se enrolla más cinta, por encima de la membrana para formar la junta cilíndrica externa 124 (figura 8), dejando el difusor de gases externo en el hueco de cada vuelta de la cinta. El resultado final es similar al representado en la figura 8, pero su fabricación es mucho más sencilla de automatizar.
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Como ya se ha señalado, un solo MEA no puede proporcionar el voltaje necesario para ser compatible con una pila de consumo, por lo que es necesario conectar más de un MEA en serie. Esta conexión será diferente dependiendo la configuración de la UGE.
En el caso de dos MEAs consecutivos, la conexión eléctrica entre ellos puede proporcionarla un conector 150 (figura 10) en forma de rejilla metálica (para permitir el paso de los gases a su través) que se coloca uniendo el electrodo externo de un MEA con el electrodo interno del otro. No es necesario que la rejilla forme un tubo completo, lo cual facilita la colocación de la misma. Si, como en la figura 10, la UGE se coloca en la parte inferior de la pila, el conector une el electrodo externo del MEA inferior 120 con el electrodo interno del MEA superior 110. Si la UGE se coloca en el extremo superior, las conexiones son las inversas.
Es necesario evitar el contacto eléctrico entre el conector 150 y el colector adyacente (ya que de otro modo se produciría un cortocircuito en la pila), para lo cual se puede alargar la junta correspondiente (con una estructura de rejilla que permita el paso de los gases a su través) o bien aislar la zona del colector correspondiente, por ejemplo con una capa de pintura.
En otra configuración alternativa (figura 11) se utiliza un colector intermedio 155, cuya forma es la de una malla tubular con dos diámetros que definen dos semitubos, de manera que una celda se sitúa en el interior del semitubo de mayor diámetro y la adyacente rodea el exterior del semitubo de menor diámetro.
En el caso de dos MEAs concéntricos directos, el conector entre ellos es un componente equivalente a la placa bipolar de una pila tradicional, pero con forma cilíndrica (anillo bipolar). Dicho conector está fabricado con un material conductor, ya que se encarga de trasmitir los electrones entre los dos MEAs. Además debe servir para canalizar los gases entre los dos MEAs, por lo que dispone de dos zonas de difusión de gases independientes entre sí (la interior para el hidrógeno y la exterior para el oxígeno). Un formato adecuado es un tubo de acero corrugado en espiral 158 (figura 12). Este tubo, si está limitado interior y exteriormente por dos tubos lisos (que en la pila de combustible son los electrodos), forma dos canales continuos independientes entre sí entre el MEA externo 110 y el MEA interno 120. Introduciendo hidrógeno por la conducción externa y oxígeno por la interna se dispone de un sistema de distribución de gases similar al que proporciona una placa bipolar plana.
En lugar de dicho anillo bipolar se puede utilizar un tubo estriado (o dentado) exteriormente, a fin de permitir una cierta separación con el electrodo para facilitar el acceso del hidrógeno pero manteniendo el contacto eléctrico con dicho electrodo. Alternativamente, se puede utilizar un anillo de espuma metálica cerrado en su parte interna.
En lugar del acero corrugado se puede utilizar un tubo con rosca tanto en el interior como en el exterior (aunque en este caso el espesor del anillo es mayor); alternativamente se puede utilizar un anillo de espuma metálica con una parte central maciza.
En el caso de dos MEAs concéntricos inversos, el conector entre ellos es un componente más complejo que los anteriormente descritos. Aquí, la conexión eléctrica se realiza entre los electrodos internos de ambos MEAs, debiéndose evitar el contacto eléctrico entre los electrodos adjuntos; aplicando una serie de gotas de resina entre dichos electrodos adjuntos se puede mantener una distancia de seguridad entre ellos.
En la configuración de MEAs consecutivos, el oxígeno está alrededor de la pila, por lo que basta que el colector positivo externo disponga de perforaciones, según se ha indicado. En una configuración simple, el hueco que queda en el centro de la UGE actúa como depósito de hidrógeno, por lo que el acceso de este gas hasta los electrodos es tan simple como en el caso del oxígeno (como se ha mencionado el colector interno también está perforado).
En una variante perfeccionada, en la que se emplea una UPC cuya forma se adapta al hueco interior de la UGE con el fin de aprovechar el volumen al máximo, es necesario canalizar el hidrógeno desde el punto de salida del gas hasta los electrodos. El canal más sencillo se consigue manteniendo una distancia constante lo más pequeña posible entre la UPC y el colector interno.
La apertura de la UPC se produce, por ejemplo, mediante una válvula de apertura por presión situada en el extremo que se introduce en la UGE, y la UGE está provista de un elemento para dicha apertura, cuyas dimensiones están ajustadas para que empuje la válvula cuando la UPC está completamente cerrada.
Si la UPC es desechable, esta pieza puede romper el sello de la UPC en lugar de limitarse a abrirlo.
En cualquier caso es conveniente que la salida de hidrogeno esté cerrada hasta el momento de colocar la pila en su compartimento de uso. Esto evitará la pérdida de hidrógeno por permeación a través de la membrana cuando la pila no esté siendo utilizada. Para lograr este efecto, se puede aprovechar la presión del muelle del compartimento en el que se colocan las pilas para efectuar la apertura de una válvula. Este mecanismo se puede basar en una tetilla, o similar, que pueda efectuar un ligero desplazamiento hacia el interior de la pila cuando es presionada, o bien en que dicho muelle empuje la UPC hacia la parte interna de la UGE, abriendo la válvula de salida de hidrógeno de la UPC.
La conexión entre la UGE y la UPC tiene dos funciones: evita la fuga del combustible y establece la conexión eléctrica entre ambos componentes (cada uno de los cuales incluye un polo de la pila).
Dicha conexión va a depender de si la UGE está situada en la parte inferior o en la parte superior de la pila.
En el primer caso (UGE en la parte inferior de la pila), el polo positivo está en la UPC y el negativo en la UGE. La conexión eléctrica entre ambas debe hacerse por el exterior, es decir, conectando el colector externo de la UGE a la UPC.
En el segundo caso (UGE en la parte superior de la pila), el polo positivo está en la UGE y el negativo en la UPC. La conexión eléctrica se realiza por el interior y el sellado por el exterior.
El sistema de sellado puede estar basado en diseños tradicionales, como una rosca, o más actuales, como el cierre rápido de tubos.
El proceso de fabricación de una pila de la invención se basa en construir el conjunto tubular expandiendo el tubo colector interno hacia fuera, lo que produce una presión sobre los demás componentes de la pila que permite obtener un buen sellado junto a un buen contacto eléctrico.
El procedimiento comienza por la colocación de todos los componentes de la UGE (MEAs, conectores interceldas, juntas de sellado) entre ambos colectores, para lo que se utiliza un tubo colector interno de acero con un diámetro inicial inferior al que tendrá cuando finalice el proceso. Una vez colocados todos los componentes, se introduce un émbolo por la parte interior del tubo interno, con un diámetro ligeramente superior al diámetro de dicho tubo interno. El embolo es introducido mediante un equipo que ejerce la fuerza suficiente (una prensa, un tornillo de banco, etc) para deformar el tubo interno radialmente hacia fuera, presionando los componentes de la UGE previamente descritos contra la pared interna del tubo colector externo de acero. El material del tubo interno debe soportar la deformación plástica necesaria para expandirse sin romperse pero manteniendo la presión una vez extraído el émbolo. A su vez el material del tubo externo debe tener la rigidez suficiente para soportar la presión ejercida sobre él en el proceso de expansión.
La presión ejercida cumple una doble función:
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por un lado se logra un buen contacto eléctrico entre los componentes de la UGE (especialmente entre la membrana y el catalizador, pero también entre el difusor de gases y el colector eléctrico), lo que reduce la resistencia interna de la pila.
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por otro se deforman las juntas de cierre entre los dos colectores. Esta deformación permite que las juntas se adapten perfectamente a las irregularidades del acero de los colectores, mejorándose el sellado de la pila.
Un modo conveniente de proveer el hidrógeno es almacenarlo en hidruros metálicos. Este sistema se basa en que, cuando el hidrógeno se pone en contacto con ciertos compuestos metálicos a una presión de unas pocas atmósferas, se produce una reacción química que da lugar a la formación de los denominados hidruros metálicos. El proceso es reversible, de manera que si la presión se reduce se libera el hidrógeno gaseoso.
Por otra parte, investigaciones recientes indican que las nanofibras de carbón pueden almacenar grandes cantidades de hidrógeno en un volumen muy pequeño y con un peso muy bajo, de modo que estos materiales pueden ser adecuados para UPCs recargables (los nanomateriales son caros y es preferible que no sean desechables).
En una UPC de hidruros metálicos recargable es necesario que el material del contenedor que los soporte sea resistente, ya que los hidruros metálicos se almacenan a una presión superior a la atmosférica.
El diseño de este contenedor debe ajustarse a la UGE empleada y a la norma de las pilas de consumo, de manera que ocupe la mayor parte posible del volumen disponible que no está ocupado por la UGE. En general esto implica que se aproveche la cavidad interna de la UGE.
La válvula de salida del hidrógeno está situada en el extremo de la UPC que penetra en el interior de la UGE, de manera que se limitan en lo posible las fugas en el trasvase de gas desde la UPC hasta la UGE. La válvula de salida de hidrógeno de la UPC es, por ejemplo, una válvula de presión, ya que debe abrirse automáticamente sin la intervención del usuario. La apertura de esta válvula debe producirse cuando la UGE y la UPC están unidas y cerradas, para evitar la fuga del gas.
En el caso de UPC recargable, ésta está provista de una segunda válvula para su recarga. Esto permite simplificar la primera válvula y garantizar en mayor medida la hermeticidad de la pila incluso durante la recarga. Si, por el contrario, la UPC es desechable, la salida del hidrógeno puede establecerse mediante una válvula o mediante un método destructivo, ya que la UPC no es reutilizable: entonces no es necesaria una segunda válvula de recarga.
En el caso de UPC desechable, se consideran dos variantes para el almacenamiento de hidrógeno: almacenamiento físico y almacenamiento químico.
Para el almacenamiento físico se utilizan procesos físicos como la absorción o adsorción del hidrógeno (hidruros metálicos, nanofibras de carbón, etc.).
El almacenamiento químico se centra en la utilización de un material que contenga gran cantidad de hidrógeno en su composición y que mediante una reacción química aporte dicho hidrógeno a la pila de combustible. Ejemplos de este tipo de materiales son: NaBH_{4}, NH_{3}-NH_{3}, LiAIH_{4}, etc.
Aunque en la presente memoria sólo se han representado y descrito realizaciones particulares de la invención, el experto en la materia sabrá introducir modificaciones y sustituir unas características técnicas por otras equivalentes, dependiendo de los requisitos de cada caso, sin separarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (31)

  1. \global\parskip0.960000\baselineskip
    1. Pila de consumo que comprende una unidad generadora de electricidad (100) y una unidad portadora de combustible (200), las cuales forman una pila de combustible pasiva con formato tubular, estando la unidad generadora de electricidad provista de un colector tubular externo (130) de corriente, de manera que la unidad portadora de combustible proporciona un combustible gaseoso a la unidad generadora de electricidad, siendo el comburente el oxígeno del aire, caracterizada por el hecho de que la unidad generadora de electricidad comprende un colector tubular interno (140) de corriente, de manera que los componentes de la unidad generadora de electricidad (100) están dispuestos entre el colector tubular externo (130) y el colector tubular interno (140), y el colector interno aplica presión hacia el exterior sobre dichos componentes que hay entre ambos colectores.
  2. 2. Pila de consumo según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la unidad generadora de electricidad (100) comprende dos celdas tubulares adyacentes (110; 120) generadoras de electricidad conectadas en serie.
  3. 3. Pila de consumo según la reivindicación 2, caracterizada por el hecho de que cada celda tubular (110, 120) comprende al menos una membrana de intercambio de protones (115), que a cada lado incorpora un catalizador y un difusor de gases.
  4. 4. Pila de consumo según la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que al menos una de las membranas de intercambio de protones (115) se dobla hasta adoptar una configuración cilíndrica a partir de una forma inicial plana.
  5. 5. Pila de consumo según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que los extremos de al menos una celda tubular provista de una membrana plana doblada en cilindro son unidos y sellados para evitar la fuga de gases.
  6. 6. Pila de consumo según la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que al menos una de las membranas de intercambio de protones se fabrica en forma de tubo.
  7. 7. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizada por el hecho de que cada celda tubular (110, 120) comprende al menos dos juntas cilíndricas (124, 126) para sellar la celda y evitar la fuga de gases, que están dispuestas en el lado exterior y en el lado interior de la celda.
  8. 8. Pila de consumo según la reivindicación 7, caracterizada por el hecho de que las juntas cilíndricas se forman durante la fabricación de la celda a partir de un material fluido que solidifica sellando la celda e impidiendo la salida o entrada de gases.
  9. 9. Pila de consumo según la reivindicación 7, caracterizada por el hecho de que las juntas cilíndricas se forman durante la fabricación de la celda mediante el enrollamiento de una lámina de un material deformable.
  10. 10. Pila de consumo según la reivindicación 7, caracterizada por el hecho de que las juntas cilíndricas son piezas preformadas deformables que proporcionan el sellado de las celdas tras aplicarles presión.
  11. 11. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones 9 ó 10, caracterizada por el hecho de que la deformación de las juntas es plástica.
  12. 12. Pila de consumo según la reivindicación 9 ó 10, caracterizada por el hecho de que la deformación de las juntas es elástica.
  13. 13. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que dos celdas tubulares adyacentes (110; 120) están dispuestas axialmente, es decir, son consecutivas.
  14. 14. Pila de consumo según la reivindicación 13, caracterizada por el hecho de que entre el colector interno (140) y el colector externo (130) se dispone un colector intermedio (155), cuya forma es la de una malla tubular con dos diámetros que definen dos semitubos, de manera que una celda se sitúa en el interior del semitubo de mayor diámetro y la adyacente rodea el exterior del semitubo de menor diámetro.
  15. 15. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por el hecho de que dos celdas tubulares adyacentes (110; 120) están dispuestas radialmente, es decir, son concéntricas.
  16. 16. Pila de consumo según la reivindicación 15, caracterizada por el hecho de que dichas dos celdas tubulares concéntricas son directas, es decir, tienen sus elementos dispuestos en el mismo orden en la dirección radial.
  17. 17. Pila de consumo según la reivindicación 16, caracterizada por el hecho de que el contacto eléctrico se establece por medio de un anillo bipolar dispuesto entre las dos celdas tubulares concéntricas.
  18. 18. Pila de consumo según la reivindicación 17, caracterizada por el hecho de que dicho anillo bipolar adopta la forma de un tubo corrugado en espiral 158, que además define unos canales para la circulación de oxígeno entre las dos celdas tubulares concéntricas.
    \global\parskip1.000000\baselineskip
  19. 19. Pila de consumo según la reivindicación 15, caracterizada por el hecho de que dichas dos celdas tubulares concéntricas son inversas, es decir, tienen sus elementos dispuestos en orden inverso en la dirección radial.
  20. 20. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que la unidad generadora de combustible (100) es el polo positivo de la pila y la unidad portadora de combustible (200) es el polo negativo.
  21. 21. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizada por el hecho de que la unidad generadora de electricidad (100) es el polo negativo de la pila y la unidad portadora de combustible (200) es el polo positivo.
  22. 22. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que la unidad generadora de electricidad y la unidad portadora de combustible son unidades independientes y separables.
  23. 23. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizada por el hecho de que la unidad generadora de electricidad y la unidad portadora de combustible son unidades integrales y no separables.
  24. 24. Pila de consumo según la reivindicación 22, caracterizada por el hecho de que la unidad portadora de combustible es desechable tras su agotamiento.
  25. 25. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que la unidad portadora de combustible es recargable.
  26. 26. Pila de consumo según la reivindicación 24 ó 25, caracterizada por el hecho de que la unidad portadora de combustible está configurada de manera tal que, al colocar la pila en su compartimento de uso, que estará provisto de un muelle, dicho muelle empujará la unidad portadora de combustible (200) hacia el interior de la unidad generadora de electricidad (100), lo cual provocará la apertura de una válvula de salida (210) del combustible gaseoso hacia la unidad generadora de electricidad.
  27. 27. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que el combustible gaseoso es hidrógeno.
  28. 28. Pila de consumo según la reivindicación 27, caracterizada por el hecho de que la unidad portadora de combustible almacena el hidrógeno combinado en hidruros metálicos.
  29. 29. Pila de consumo según la reivindicación 27, caracterizada por el hecho de que la unidad portadora de combustible almacena el hidrógeno en nanofibras de carbón.
  30. 30. Pila de consumo según la reivindicación 27, caracterizada por el hecho de que la unidad portadora de combustible almacena el hidrógeno de forma química, en un compuesto que lo contenga.
  31. 31. Pila de consumo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que la unidad portadora de combustible (200) ocupa más de dos tercios del volumen que contiene el colector interno (140) de la unidad generadora de electricidad (100).
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EP07121363A EP1930976B1 (en) 2006-11-23 2007-11-22 Consumer battery comprising a fuel cell
AT07121363T ATE509388T1 (de) 2006-11-23 2007-11-22 Verbraucherbatterie mit brennstoffzelle
JP2007303854A JP2008159578A (ja) 2006-11-23 2007-11-26 燃料電池を備えた一般消費者向け電池
US12/898,594 US20110020721A1 (en) 2006-11-23 2010-10-05 Consumer battery comprising a fuel cell

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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5275605B2 (ja) * 2007-10-11 2013-08-28 オリンパス株式会社 乾電池型燃料電池、乾電池型燃料電池の製造方法
CN102341988B (zh) 2009-03-03 2015-01-07 Rwe股份公司 用于充电电动交通工具的方法和装置
TWI470858B (zh) * 2011-12-20 2015-01-21 Nat Inst Chung Shan Science & Technology Mechanical Starting Device for Impact Battery and Its Starting Method
CN103296298B (zh) * 2013-05-22 2016-04-20 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种管式固体氧化物燃料电池的发电单元、电池堆及其组装方法
CN108417862B (zh) * 2018-01-03 2024-03-12 南京工业大学 一种自储氢质子交换膜燃料电池单元、电池组件以及运行方法
CN111224143B (zh) * 2020-01-14 2021-03-16 西安交通大学 一种管式固体氧化物燃料电池结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2167115T3 (es) * 1998-05-16 2002-05-01 Qinetiq Ltd Sistema de pila de combustible de multiples elementos.
US20040096718A1 (en) * 2001-04-11 2004-05-20 Gomez Rodolfo Antonio M Proton membrane fuel cells
ES2247928A1 (es) * 2004-06-03 2006-03-01 Celaya Emparanza Y Galdos, S.A. (Cegasa) Pila de consumo con tecnologia de pila de combustible.

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE8901750L (sv) * 1989-05-16 1990-11-17 Lindstroem Ab Olle Kemoelektrisk cell med braenslebehaallare
JPH02312164A (ja) * 1989-05-26 1990-12-27 Nippon Soken Inc 燃料電池
US5336570A (en) * 1992-08-21 1994-08-09 Dodge Jr Cleveland E Hydrogen powered electricity generating planar member
US5759712A (en) * 1997-01-06 1998-06-02 Hockaday; Robert G. Surface replica fuel cell for micro fuel cell electrical power pack
GB9810440D0 (en) 1998-05-16 1998-07-15 Secr Defence Multi element fuel cell system
US6322919B1 (en) * 1999-08-16 2001-11-27 Alliedsignal Inc. Fuel cell and bipolar plate for use with same
AU2002313280A1 (en) * 2001-12-07 2003-06-17 Canon Kabushiki Kaisha Fuel battery and electric device
US7172825B2 (en) * 2003-07-29 2007-02-06 Societe Bic Fuel cartridge with flexible liner containing insert
US7566509B2 (en) * 2003-11-18 2009-07-28 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Tubular fuel cell and method of producing the same
US7758993B2 (en) * 2005-06-30 2010-07-20 Worldwide Energy, Inc. Of Delaware Tubular solid oxide fuel cell current collector

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2167115T3 (es) * 1998-05-16 2002-05-01 Qinetiq Ltd Sistema de pila de combustible de multiples elementos.
US20040096718A1 (en) * 2001-04-11 2004-05-20 Gomez Rodolfo Antonio M Proton membrane fuel cells
ES2247928A1 (es) * 2004-06-03 2006-03-01 Celaya Emparanza Y Galdos, S.A. (Cegasa) Pila de consumo con tecnologia de pila de combustible.

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