ES2872450T3 - Pila de celda de combustible de hidrógeno y método para mejorar una pila de celda de combustible de hidrógeno - Google Patents

Abstract

Una pila de celda de combustible de hidrógeno que comprende una o más celdas de combustible de hidrógeno (102) que comprenden una Membrana de Intercambio de Protones (104), una capa de reacción de hidrógeno (112) y una capa de reacción de oxígeno (116) dentro de un par de placas bipolares (106), en donde al menos una de las placas bipolares (106) comprende un canal (108) en el interior para el flujo de entrada de hidrógeno, con el fin de calentar el gas hidrógeno desde aproximadamente 20 K hasta aproximadamente 273 K-300 K para la celda de combustible (102) en la que entra el flujo de entrada de hidrógeno y actúa como un intercambiador de calor.

Description

DESCRIPCIÓN

Pila de celda de combustible de hidrógeno y método para mejorar una pila de celda de combustible de hidrógeno

Campo

La presente divulgación se engloba dentro del campo de las celdas de combustible y, específicamente, las pilas de celda de combustible de hidrógeno.

Esta divulgación se refiere, en particular, a una pila de celda de combustible de hidrógeno con un canal para el flujo de entrada de hidrógeno en el interior de al menos una placa bipolar de la pila. De manera adicional, esta divulgación se refiere a un método para mejorar una pila de celda de combustible de hidrógeno que comprende insertar un canal para el flujo de entrada de hidrógeno en el interior de al menos una placa bipolar de dicha pila con el fin de calentar el gas hidrógeno evaporado desde un estado líquido criogénico a muy baja temperatura hasta una temperatura utilizable para las celdas de combustible en las que entra el flujo de entrada de hidrógeno.

Antecedentes

El hidrógeno líquido es una de las maneras más eficientes de almacenar hidrógeno que se utilizará para alimentar una celda de combustible, ya que tiene la densidad de energía más alta. Sin embargo, no se utiliza comúnmente debido a la costosa infraestructura circundante y ciertos desafíos técnicos específicos. Estos desafíos técnicos se vuelven aún mayores cuando se intenta utilizar hidrógeno líquido como combustible para pilas de celda de combustible en vehículos que se mueven, especialmente en pequeñas aeronaves y pequeños vehículos aéreos no tripulados (VANT), donde las limitaciones de peso y espacio son particularmente estrictas y la eficiencia del sistema se convierte en una regla de diseño obligatoria desde los puntos de vista del peso, el espacio y la energía.

Las pilas de celda de combustible tienen un número determinado de celdas individuales dispuestas física y eléctricamente en una configuración en serie con el fin de lograr el nivel de emisión de tensión deseado. Las celdas individuales están conectadas entre medias mediante unas placas bipolares, que son conductores eléctricos y son la conexión en serie de las celdas. De manera adicional, estas placas bipolares distribuyen tanto el hidrógeno como el oxígeno a las celdas individuales.

Uno de los desafíos técnicos es la temperatura extremadamente baja del gas hidrógeno que se evapora a partir del hidrógeno líquido, que se debe aumentar antes de ser alimentado a la pila de celda de combustible. La temperatura del hidrógeno se debe aumentar desde la temperatura ultrabaja de 20 K hasta una temperatura utilizable para la celda de combustible, que es una temperatura superior a 273 K y aproximadamente 300 K, es decir, una temperatura en el intervalo de temperatura ambiente. Un aumento tan grande de temperatura (aproximadamente 270 K desde el tanque de hidrógeno líquido hasta la celda de combustible) requiere que se transfiera una cantidad alta no despreciable de energía en forma de calor al flujo de hidrógeno, que es una función del caudal.

Hoy en día, existen diferentes maneras de suministrar dicha energía al hidrógeno utilizado como combustible en los vehículos. Una opción es calentar el hidrógeno con calentadores eléctricos, que son pequeños y livianos, pero estos deben ser alimentados desde una fuente de potencia eléctrica, lo cual mermaría el rendimiento general del sistema al reducir la potencia utilizable total de la celda de combustible en el caso de que esa energía se tome desde su emisión. El calentador eléctrico también podría funcionar con una batería a bordo, aunque, en tal caso, la situación podría ser aún peor debido al peso y al volumen de la batería.

Otra opción alternativa es calentar el hidrógeno a través de un intercambiador de calor fuera de la celda de combustible que utiliza el flujo procedente del sistema de refrigeración de la celda de combustible como fuente de calor, puesto que las celdas de combustible normalmente deben enfriarse durante el funcionamiento, para lo cual suelen disponer de un ventilador de refrigeración dedicado. Sin embargo, el intercambiador de calor consume peso y tiene un volumen considerable, y la humedad del aire puede condensarse y congelarse sobre la superficie del intercambiador de calor, formando hielo indeseable. De manera alternativa, el intercambiador de calor podría utilizar la temperatura ambiente como fuente de calor para calentar el hidrógeno, pero el intercambiador de calor será aún más pesado y más grande, ya que tendría que lidiar con las temperaturas más bajas del entorno en lugar de con las del flujo de salida del sistema de refrigeración de la celda de combustible, y el hielo aparecería antes, ya que la temperatura del aire ambiente utilizado para calentar el hidrógeno está más cerca de su punto de rocío (temperatura más baja). De manera adicional, esta opción estaría sujeta a la temperatura ambiente y, si la temperatura ambiente no es mayor que la temperatura objetivo de hidrógeno, esta última nunca se alcanzará. Esta condición se podría encontrar fácilmente mientras se vuela a altitudes superiores a aproximadamente 1524 m (5000 pies), y siempre superiores a aproximadamente 2133,6 m (7000 pies).

El documento US2008/0176114 divulga un sistema de celda de combustible que incluye una unidad de aumento de temperatura de agua de refrigeración que aumenta la temperatura de una pila de combustible al pasar gas de descarga de un quemador de proceso o gas hidrógeno de una unidad de procesamiento de combustible y agua de refrigeración que es calentada por el gas de descarga del quemador de proceso a través de unas trayectorias de flujo formadas sobre unas superficies opuestas de unos separadores de refrigeración formados de un metal e instalados entre una pluralidad de celdas en la pila.

El documento US2007/0003815 divulga una placa de campo de flujo o placa bipolar para una celda de combustible que incluye una combinación de TiO2 y un material conductor que hace que la placa bipolar sea conductora, hidrófila y estable en el entorno de la celda de combustible. El TiO2 y el material conductor pueden estar ubicados sobre la placa como capas separadas o combinarse como una única capa.

El documento US2005/0244700 divulga un conjunto de placa bipolar híbrida con una placa de ánodo metálico, una placa de cátodo de compuesto polimérico y una capa de metal entre ellas. Las placas de ánodo y cátodo pueden comprender, además, un sellador adhesivo aplicado alrededor del perímetro exterior para evitar fugas de refrigerante. Este conjunto se puede incorporar a un dispositivo que comprenda una celda de combustible.

El documento US2006/0240308 divulga un conjunto de celda de combustible con un subconjunto de distribución de flujo que tiene cuatro grupos de canales de flujo. El primer grupo está orientado hacia un ánodo para la distribución de un reactivo combustible a dicho ánodo, el segundo grupo está orientado hacia un cátodo para la distribución de un oxidante a dicho cátodo, el tercer grupo está en comunicación de flujo con el segundo grupo y en relación de transferencia de calor con al menos uno del ánodo y el cátodo, y el cuarto grupo recibe un refrigerante diferente del oxidante.

Sumario

La presente divulgación proporciona una pila de celda de combustible de hidrógeno que tiene una o más celdas de combustible de hidrógeno. Cada celda de combustible de hidrógeno comprende, a su vez, al menos una Membrana de Intercambio de Protones, una capa de reacción de hidrógeno y una capa de reacción de oxígeno dentro de un par de placas bipolares. De acuerdo con esta celda de combustible, un segundo flujo de entrada de hidrógeno alcanza la capa de reacción de hidrógeno, que es el ánodo, donde se liberan los protones H+, que atraviesan la membrana de intercambio de protones a la capa de reacción de oxígeno, que es el cátodo, donde se unen al agua generadora de oxígeno.

De acuerdo con la presente divulgación, al menos una de las placas bipolares comprende un canal en el interior para un primer flujo de entrada de hidrógeno, con el fin de calentar dicho primer flujo de entrada de hidrógeno, que comprende gas hidrógeno evaporado desde un estado líquido criogénico a muy baja temperatura (aproximadamente 20 K) hasta una temperatura utilizable (aproximadamente 273 K-300 K) para la celda de combustible en la que entra el segundo flujo de entrada de hidrógeno. Este canal en el interior de la placa bipolar puede tener diferentes formas y longitud y actúa como un intercambiador de calor, por lo que el primer flujo de entrada de hidrógeno se calentará antes de alcanzar el segundo flujo de entrada de hidrógeno, que entra en la capa de reacción, aprovechando el calor generado en las propias celdas de combustible y acumulado en las placas bipolares, sin necesidad de una fuente de calor externa.

De acuerdo con la presente divulgación, la salida del canal está ubicada en un lado de la placa bipolar y la entrada del canal está ubicada en el lado opuesto de la placa bipolar. La salida de gas hidrógeno de la capa de reacción de hidrógeno está ubicada en un lado de la capa de reacción de hidrógeno y la entrada de gas hidrógeno de la capa de reacción de hidrógeno está ubicada en el lado opuesto de la capa de reacción de hidrógeno. La entrada del canal y la entrada de gas hidrógeno de la capa de reacción de hidrógeno están ubicadas en lados opuestos de la pila de celda de combustible, y la salida del canal y la salida de gas hidrógeno de la capa de reacción de hidrógeno están ubicadas en lados opuestos de la pila de celda de combustible.

De acuerdo con una realización preferente, el canal para el primer flujo de entrada de hidrógeno se realiza dentro de una primera capa que entra en contacto con la capa de reacción de hidrógeno de la celda de combustible de hidrógeno.

De manera alternativa, el canal para el primer flujo de entrada de hidrógeno se realiza dentro de una segunda capa que entra en contacto con la capa de reacción de oxígeno de la celda de combustible de hidrógeno.

De conformidad con una realización alternativa a las anteriores, el canal para el primer flujo de entrada de hidrógeno está grabado directamente dentro de la placa bipolar.

Preferentemente, la capa de reacción de hidrógeno comprende una pluralidad de conductos de distribución.

Por las mismas razones, la capa de reacción de oxígeno tiene preferentemente una pluralidad de conductos de distribución.

De acuerdo con una realización particular, la capa de reacción de oxígeno comprende una pluralidad de ranuras de refrigeración.

De acuerdo con una realización preferente, el canal para el primer flujo de entrada de hidrógeno de la presente divulgación está relacionado con el consumo de combustible de un sistema de combustible de aeronave. Dado que el primer flujo de entrada de hidrógeno que se calentará es el mismo que el que consume la celda, el canal para el primer flujo de entrada de hidrógeno tiene la misma sección de los conductos de distribución de la capa de reacción de hidrógeno.

En lo que al material se refiere, las placas bipolares están hechas de cualquier material conductor eléctrico. De acuerdo con una realización particular, las placas bipolares están hechas de grafito.

De manera adicional, la presente divulgación proporciona un método para mejorar una pila de celda de combustible de hidrógeno, que comprende insertar un canal para un primer flujo de entrada de hidrógeno en el interior de al menos una de las placas bipolares de la pila de celda de combustible.

De acuerdo con una realización preferente del método, este comprende insertar una primera capa con el canal para el primer flujo de entrada de hidrógeno que entra en contacto con la capa de reacción de hidrógeno de la celda de combustible de hidrógeno.

De acuerdo con una realización particular alternativa del método, este comprende insertar una segunda capa con el canal para el primer flujo de entrada de hidrógeno que entra en contacto con la capa de reacción de oxígeno de la celda de combustible de hidrógeno.

De manera alternativa, una realización particular del método comprende grabar el canal para el primer flujo de entrada de hidrógeno directamente dentro de la placa bipolar.

La presente divulgación proporciona una integración robusta para el intercambiador de calor porque es autosuficiente por la propia estructura de celda de combustible, proporcionando una integridad estructural completa.

Las características, funciones y ventajas que se han expuesto se pueden lograr independientemente en diversas realizaciones o se pueden combinar en otras realizaciones más de las que se pueden ver detalles adicionales con referencia a la siguiente descripción y los siguientes dibujos.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, con el fin de facilitar la comprensión de esta divulgación, de manera ilustrativa más que limitante, se realizará a continuación una serie de realizaciones con referencia a una serie de figuras.

La figura 1 es una vista esquemática de una realización a modo de ejemplo de una pila de celda de combustible que muestra sus elementos principales.

La figura 2 muestra una de las placas bipolares de la pila de celda de combustible de la figura 1 dividida para la inclusión de un canal de acuerdo con una realización particular.

La figura 3 muestra las dos piezas de la placa bipolar de la figura 2 con el canal de acuerdo con una realización particular.

La figura 4 muestra una vista en perspectiva superior de una realización a modo de ejemplo de las capas principales de una celda de combustible que incluye una primera capa que incluye el canal que entra en contacto con la capa de reacción de hidrógeno.

La figura 5 muestra una vista en perspectiva inferior de la realización de las capas principales de la celda de combustible de la figura 4.

Estas figuras se refieren al siguiente grupo de elementos:

100. pila de celda de combustible de hidrógeno

102. celda de combustible de hidrógeno

104. membrana de intercambio de protones

106. placas bipolares

106a, 106b piezas de las placas bipolares

108. canal

110. primera capa para el canal

112 capa de reacción de hidrógeno

116 capa de reacción de oxígeno

118 conductos de distribución de las capas de reacción de hidrógeno y oxígeno

120 ranuras de refrigeración de la capa de reacción de oxígeno

Descripción detallada

La presente divulgación se refiere a una pila de celda de combustible de hidrógeno 100 que comprende una o más celdas de combustible de hidrógeno 102. Cada una de estas celdas de combustible de hidrógeno 102 comprende, a su vez, al menos una Membrana de Intercambio de Protones (PEM, por las siglas en inglés de Proton Exchange Membrane) 104, una capa de reacción de hidrógeno 112 y una capa de reacción de oxígeno 116 dentro de un par de placas bipolares 106. Las capas de reacción de hidrógeno 112 son los ánodos y las capas de reacción de oxígeno 116 son los cátodos de las celdas de combustible 102.

Como se puede ver en la figura 1, al menos una placa bipolar 106 comprende un canal 108 en el interior para un primer flujo de entrada de hidrógeno, con el fin de calentar dicho primer flujo de entrada de hidrógeno, que comprende gas hidrógeno evaporado desde un estado líquido criogénico a una muy baja temperatura (aproximadamente 20 K) hasta una temperatura utilizable (aproximadamente 273 K-300 K) para la celda de combustible en la que entra el segundo flujo de entrada de hidrógeno. En la figura 1, el primer flujo de entrada de hidrógeno se representa como "gas hidrógeno superenfriado" y el segundo flujo de entrada de hidrógeno se representa como "gas hidrógeno caliente". Este canal 108 en el interior de la placa bipolar 106 puede tener diferentes formas y longitud y actúa como un intercambiador de calor, por lo que el primer flujo de entrada de hidrógeno se calentará antes de alcanzar el segundo flujo de entrada de hidrógeno, que entra en la capa de reacción 112, aprovechando el calor generado en las propias celdas de combustible 102 y acumulado en las placas bipolares 106, sin necesidad de una fuente de calor externa.

Como se muestra en las figuras, la salida del canal 108 está ubicada en un lado de la placa bipolar 106 y la entrada del canal 108 está ubicada en el lado opuesto de la placa bipolar 106. Además, la salida de gas hidrógeno de la capa de reacción de hidrógeno 112 está ubicada en un lado de la capa de reacción de hidrógeno 112 y la entrada de gas hidrógeno de la capa de reacción de hidrógeno 112 está ubicada en el lado opuesto de la capa de reacción de hidrógeno 112. La entrada del canal 108 y la entrada de gas hidrógeno de la capa de reacción de hidrógeno 112 están ubicadas en lados opuestos de la pila de celda de combustible 100, y la salida del canal 108 y la salida de gas hidrógeno de la capa de reacción de hidrógeno 112 están ubicadas en lados opuestos de la pila de celda de combustible 100.

Este canal 108 en el interior de las placas bipolares 106 que actúa como intercambiador de calor aumenta la temperatura del primer flujo de entrada de hidrógeno antes de alcanzar la capa de reacción de hidrógeno 112. De este modo, este intercambiador de calor o circuito de calentamiento de gas delgado aumenta la temperatura del primer flujo de entrada de hidrógeno con el aumento mínimo de peso y volumen del sistema general mientras se utiliza el, de lo contrario perdido, calor disipado por las celdas de combustible 102 a través de las placas bipolares 106, minimizando el autoconsumo de potencia del sistema, haciéndolo, por lo tanto, lo más eficiente posible.

Entonces, el canal 108 de la presente divulgación es un intercambiador de calor liviano y compacto integrado en el cuerpo de la celda de combustible 102, que aprovecha la baja viscosidad y la gran conductividad térmica del hidrógeno.

A diferencia de las soluciones existentes, que necesitan un intercambiador de calor externo y dedicado que consume volumen y peso, en la presente divulgación, el intercambiador de calor está en el interior de las placas bipolares 106, por lo que el intercambio de calor se puede considerar la propia celda de combustible 102 y no se espera un aumento de volumen sustancial.

Por otra parte, dado que el canal 108 o intercambiador de calor está ubicado en el interior de una fuente de calor (la placa bipolar 106), el calor para calentar el primer flujo de entrada de hidrógeno no necesita ser conducido a un intercambiador de calor externo, evitando ventiladores, conductos, cableado, tuberías, accesorios o determinadas válvulas con su peso y volumen correspondientes. De manera adicional, esto conduce a un sistema más sencillo con muchos menos componentes.

Otra ventaja de la presente divulgación es que se evita la formación de hielo indeseable de las soluciones ya existentes al calentar el primer flujo de entrada de hidrógeno sobreenfriado en un entorno de alta temperatura, como el existente en el núcleo de las celdas de combustible 102, específicamente las placas bipolares 106 (aproximadamente 323 K), estando tal temperatura lejos del punto de rocío de cualquier flujo de vapor de agua que pudiera estar alrededor.

De manera adicional, dado que el intercambiador de calor está encerrado en el interior de la pila de celda de combustible de hidrógeno 100, únicamente hidrógeno limpio está en contacto con el canal 108 o el intercambiador de calor, por lo que no es necesaria una limpieza o un mantenimiento del intercambiador de calor.

Así mismo, se necesita una refrigeración reducida de las celdas de combustible 102. Dado que la celda de combustible 102 disipa la mitad de la potencia total producida en forma de calor, este calor debe eliminarse de la celda 102 por medio del sistema de refrigeración de la celda tal y como ya existe. Sin embargo, al utilizar parte de este calor (alrededor del 10 %) para un fin útil, que es el calentamiento del primer flujo de entrada de hidrógeno, los requisitos del sistema de refrigeración disminuyen, permitiendo ventiladores más livianos y pequeños y menos potencia necesaria para ellos. De este modo, el canal 108 proporciona un calentamiento suficiente del hidrógeno y una refrigeración útil de la celda de combustible 102.

Si bien esta divulgación se describe específicamente en el presente documento para las pilas de celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM), se puede utilizar con cualquier tipo de celda de combustible acoplada a un sistema de hidrógeno líquido.

Las figuras 2 y 3 muestran una realización particular en la que el canal 108 para el primer flujo de entrada de hidrógeno está grabado directamente dentro de la placa bipolar 106. Este canal 108 o intercambiador de calor está mecanizado directamente dentro de las placas bipolares 106 y no se esperan piezas adicionales, ni un aumento apreciable de peso ni de volumen, dado que el canal 108 está integrado en la celda de combustible 102 principalmente eliminando material en las piezas existentes. Para tal fin, las placas bipolares 106 se dividen, en primer lugar, en dos piezas 106a y 106b y luego el canal 108 se graba directamente en una de las piezas 106a o 106b o en ambas piezas 106a y 106b que se conectarán de nuevo entre sí, formando la placa bipolar 106 con el canal 108 en el interior.

En consecuencia, se necesitarán algunos componentes como juntas de sellado o alguna tubería pequeña, aunque estos agregarán un peso muy bajo en cualquier caso e incluso más bajo en comparación con un intercambiador de calor externo dedicado.

En este caso, dado que los canales 108 del intercambiador de calor están grabados directamente en el interior de la celda de combustible 102, la integridad estructural resultante del intercambiador de calor es aún mayor.

De manera alternativa, las figuras 4 y 5 muestran una realización particular en la que el canal 108 para el primer flujo de entrada de hidrógeno se realiza dentro de una primera capa 110, entrando la primera capa 110 en contacto con la capa de reacción de hidrógeno 112 o ánodo de la celda de combustible de hidrógeno 102. Con el fin de incluir la primera capa 110 con el canal 108, la profundidad de la placa bipolar 106 podría tener que reducirse.

Como una realización alternativa no mostrada en las figuras, el canal 108 para el primer flujo de entrada de hidrógeno se realiza dentro de una segunda capa, entrando la segunda capa en contacto, en este caso, con la capa de reacción de oxígeno 116 de la celda de combustible de hidrógeno 102. De manera similar, con el fin de incluir la segunda capa con el canal 108, la profundidad de la placa bipolar 106 podría tener que reducirse.

De acuerdo con una realización preferente, la capa de reacción de oxígeno 116 comprende una pluralidad de ranuras de refrigeración 120 para la refrigeración de dicha capa de reacción de oxígeno 116, siendo el fluido refrigerante que fluye a través de las ranuras de refrigeración 120 habitualmente aire o agua.

De conformidad con una realización particular, la capa de reacción de hidrógeno 112 o ánodo comprende una pluralidad de conductos de distribución 118 para la distribución del hidrógeno a lo largo de la totalidad de la superficie de la Membrana de Intercambio de Protones (PEM) 104.

De acuerdo con otra realización particular, la capa de reacción de oxígeno 116 o cátodo tiene una pluralidad de conductos de distribución 118 para la distribución del oxígeno a lo largo de la totalidad de la superficie del cátodo y, de manera adicional, para que el aire que entra arrastre el agua generada fuera de la celda de combustible 102.

Por otra parte, preferentemente tanto la capa de reacción de hidrógeno 112 como la capa de reacción de oxígeno 116 tienen unos conductos de distribución 118 para la distribución completa de hidrógeno y oxígeno, con el fin de proporcionar una reacción uniforme sobre la superficie de la membrana.

De acuerdo con una realización a modo de ejemplo, el canal 108 para el primer flujo de entrada de hidrógeno de la presente divulgación está relacionado con el consumo de combustible de un sistema de combustible de aeronave. Dado que la cantidad del primer flujo de entrada de hidrógeno que se desea calentar es sustancialmente la misma que la cantidad de hidrógeno que consume la celda, el canal 108 para el primer flujo de entrada de hidrógeno tiene aproximadamente la misma área de sección transversal que los conductos de distribución 118 de la capa de reacción de hidrógeno 112. Más específicamente, el canal 108 y los conductos de distribución 118 tienen cada uno un tamaño de tal manera que, durante el funcionamiento, la cantidad de hidrógeno que fluye a través del canal 108 es aproximadamente igual a la cantidad de hidrógeno que fluye a través de los conductos de distribución 118.

En lo que a los materiales se refiere, las placas bipolares 106 están hechas de cualquier material conductor eléctrico. De acuerdo con una realización particular, las placas bipolares 106 están hechas de grafito.

De manera adicional, la presente divulgación se refiere a un método para mejorar una pila de celda de combustible de hidrógeno, comprendiendo el método insertar un canal 108 para un primer flujo de entrada de hidrógeno en el interior de al menos una placa bipolar 106.

De acuerdo con una realización preferente, el método comprende insertar una primera capa 110 con el canal 108 para el primer flujo de entrada de hidrógeno, entrando la primera capa 110 en contacto con la capa de reacción de hidrógeno 112 de la celda de combustible de hidrógeno 102.

De acuerdo con una realización alternativa, el método comprende insertar una segunda capa con el canal 108 para el primer flujo de entrada de hidrógeno, entrando la segunda capa en contacto, en este caso, con la capa de reacción de oxígeno 118 de la celda de combustible de hidrógeno 102.

De manera alternativa, una realización particular del método comprende grabar el canal 108 para el primer flujo de entrada de hidrógeno directamente dentro de la placa bipolar 106.

Para tal fin, en una primera etapa del método, las placas bipolares 106 se dividen en dos piezas. Entonces, en una segunda etapa del método, el canal 108 se graba directamente en una de las piezas o en ambas piezas de la placa bipolar 106. Por último, en una tercera etapa, ambas piezas de la placa bipolar 106 dividida se conectan de nuevo entre sí, formando la placa bipolar 16 con el canal 108 en el interior.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Una pila de celda de combustible de hidrógeno que comprende una o más celdas de combustible de hidrógeno (102) que comprenden una Membrana de Intercambio de Protones (104), una capa de reacción de hidrógeno (112) y una capa de reacción de oxígeno (116) dentro de un par de placas bipolares (106), en donde al menos una de las placas bipolares (106) comprende un canal (108) en el interior para el flujo de entrada de hidrógeno, con el fin de calentar el gas hidrógeno desde aproximadamente 20 K hasta aproximadamente 273 K-300 K para la celda de combustible (102) en la que entra el flujo de entrada de hidrógeno y actúa como un intercambiador de calor.

2. La pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 1, en donde el canal (108) para el flujo de entrada de hidrógeno se realiza dentro de una primera capa (110), entrando dicha primera capa (110) en contacto con la capa de reacción de hidrógeno (112) de la celda de combustible de hidrógeno (102).

3. La pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 1, en donde el canal (108) para el flujo de entrada de hidrógeno se realiza dentro de una segunda capa, entrando dicha segunda capa en contacto con la capa de reacción de oxígeno (116) de la celda de combustible de hidrógeno (102).

4. La pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 1, en donde el canal (108) para el flujo de entrada de hidrógeno está grabado dentro de la placa bipolar (106).

5. La pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 1, en donde la capa de reacción de hidrógeno (112) comprende una pluralidad de conductos de distribución (118).

6. La pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 1, en donde la capa de reacción de oxígeno (116) comprende una pluralidad de ranuras de refrigeración (120).

7. La pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 1, en donde la capa de reacción de oxígeno (116) comprende una pluralidad de conductos de distribución (118).

8. La pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 5, en donde el canal (108) para el flujo de entrada de hidrógeno tiene la misma sección de los conductos de distribución (118) de la capa de reacción de hidrógeno (112).

9. La pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 1, en donde las placas bipolares (106) están hechas de grafito.

10. Método de mejora de una pila de celda de combustible de hidrógeno, que comprende una o más celdas de combustible de hidrógeno (102) que comprenden una Membrana de Intercambio de Protones (104), una capa de reacción de hidrógeno (112) y una capa de reacción de oxígeno (116) dentro de un par de placas bipolares (106), en donde al menos una de las placas bipolares (106) comprende un canal (108) en el interior para el flujo de entrada de hidrógeno, con el fin de calentar el gas hidrógeno desde aproximadamente 20 K hasta aproximadamente 273-300 K para la celda de combustible (102) en la que entra el flujo de entrada de hidrógeno y actúa como un intercambiador de calor, en donde el método comprende insertar el canal (108) para el flujo de entrada de hidrógeno en el interior de al menos una de las placas bipolares (106).

11. El método de mejora de una pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 10, comprendiendo dicho método insertar una primera capa (110) que comprende el canal (108) para el flujo de entrada de hidrógeno que entra en contacto con la capa de reacción de hidrógeno (112) de la celda de combustible de hidrógeno (102).

12. El método de mejora de una pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 10, comprendiendo dicho método insertar una segunda capa que comprende el canal (108) para el flujo de entrada de hidrógeno que entra en contacto con la capa de reacción de oxígeno (116) de la celda de combustible de hidrógeno (102).

13. El método de mejora de una pila de celda de combustible de hidrógeno de la reivindicación 10, comprendiendo dicho método grabar el canal (108) para el flujo de entrada de hidrógeno dentro de la placa bipolar (106).

14. El método de mejora de una pila de celda de combustible de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación anterior, que comprende una primera etapa de dividir la placa bipolar (106) en dos piezas, una segunda etapa de grabar el canal (108) y una tercera etapa de conectar de nuevo ambas piezas de la placa bipolar (106).