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Proyectos


Investigación sobre Gestión del agua en Pilas de Combustible tipo Pem y en Optimización de sus Sistemas de Potencia

Responsable: Manuel Felipe Rosa Iglesias
Tipo de Proyecto/Ayuda: Plan Estatal 2013-2016 Retos - Colaboración Empresa
Referencia: RTC-2016-5405-3
Fecha de Inicio: 01-09-2016
Fecha de Finalización: 31-12-2018

Empresa/Organismo financiador/es:

  • Ministerio de Economía, Industria y Competitividad

Socios:

  • Auto Juntas, S.A.U.

Equipo:

Contratados:

Resumen del proyecto:

 

La generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables es un objetivo irrenunciable para cumplimentar la demanda de sistemas de generación de energía alternativos menos contaminantes. Sin embargo el almacenamiento de la energía eléctrica es complicado. Además, por las características inherentes a esta generación (baja densidad energética), hay una tendencia a la generación descentralizada o distribuida de electricidad y a las ciudades inteligentes (Smart Cities), que hará más necesario el uso de tecnologías de respaldo, para asegurar el suministro.

Entre las distintas alternativas disponibles en la actualidad para resolver esta problemática, el uso del hidrógeno como vector energético (o “almacén” de electricidad) está siendo impulsado en las principales economías mundiales. Las pilas de combustible de hidrógeno son un elemento clave para el desarrollo de esta solución, pues son dispositivos que permiten generar electricidad a partir del hidrógeno con una alta eficiencia y de forma segura y limpia.

Pese a las enormes perspectivas que ofrecen las pilas de combustible PEM existen ciertas limitaciones técnicas, relacionadas principalmente con su durabilidad y coste, que impiden por el momento su comercialización en masa y su implantación como parte de un nuevo sistema energético sostenible. Estas limitaciones técnicas están asociadas, en parte, a la generación de agua en fase líquida, debido a su temperatura baja de funcionamiento.

Uno de los componentes más importantes que integran las pilas de combustible PEM son las placas bipolares. Las placas bipolares pueden llegar a constituir hasta el 80% del peso total y hasta el 40% del precio total de una pila de combustible. Una pila PEM contiene decenas o centenares de placas bipolares. Las placas bipolares tienen varias funciones: (a) distribuir de manera homogénea los gases reactantes sobre la superficie de los electrodos catalizadores, (b) sirven de colectores de la corriente eléctrica generada, (c) separan las celdas individuales que forman una pila, evitando fugas de gas y soportando el conjunto, y (d) facilitan la gestión y evacuación del agua y calor generados durante su funcionamiento.

La gestión del agua líquida de una pila dependerá, entre otros factores, de un diseño correcto de los canales de distribución de gas y refrigeración de las placas bipolares. Para ello resulta necesaria la utilización de software de simulación por elementos finitos (CFD). Sin embargo las técnicas de simulación tienen sus limitaciones. La complejidad de los fenómenos de condensación de agua hace que los modelos deban ser simplificados y tomar algunas aproximaciones que deben ser validadas experimentalmente.

En este sentido el empleo de la técnica experimental “neutron imaging” o radiografía de neutrones es imprescindible para comprobar la validez de los modelos. Esta técnica permite ver la distribución del agua líquida dentro de la pila durante su funcionamiento. Los neutrones tienen una alta penetración en la mayoría de los metales pero son muy sensibles a la presencia del hidrógeno contenido en el agua.

El objetivo técnico de este proyecto es mejorar la gestión del agua líquida en las pilas de combustible tipo PEM, para mejorar su rendimiento y vida esperada.

Para ello se plantea la investigación y el desarrollo de soluciones en varios aspectos fundamentales, lo que a su vez conforma los objetivos concretos del proyecto:

  • Desarrollo de modelos CFD mejorados que permitan optimizar el diseño de la placa bipolar.
  • Empleo de Técnica de Radiografía de Neutrones para identificar la distribución de agua en la pila.
  • Mejorar el diseño de la pila de combustible.
  • Mejorar los algoritmos de control operativos de la pila.

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