Compuesto de media celda: Nuevos conceptos de célula para la producción masiva a gran escala de electrolizadores PEM
Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE de Friburgo han desarrollado y patentado un diseño avanzado de celda y pila para electrolizadores. Este novedoso compuesto de media celda reduce los costes de material y fabricación de los electrolizadores PEM y, por tanto, permite la producción masiva a gran escala. Fraunhofer ISE presentará este compuesto de media celda junto con otras innovaciones para la economía del hidrógeno del 17 al 21 de abril de 2023 en la Hannover Messe.
Novedoso compuesto de media celda para una celda de electrólisis PEM, consistente en un elemento base poroso, una malla metálica, una capa de transporte porosa y un compuesto de unión insertado de elastómero para formar las estructuras de sellado y canal.
Fraunhofer ISE
Para permitir la producción de pilas competitivas para electrólisis PEM en grandes volúmenes en un futuro próximo, se requieren pasos innovadores tanto en el diseño como en la fabricación. El compuesto de media celda desarrollado en el Fraunhofer ISE combina ahora la funcionalidad de los componentes individuales de los diseños convencionales, como la carcasa, el elemento de sellado, las estructuras de canales para el suministro de medios y la capa porosa de transporte, en un solo componente, pero sin utilizar una pieza de bastidor adicional. Las ventajas de utilizar el compuesto de media celda son múltiples: reduce los costes de material y fabricación, utiliza menos componentes y, por tanto, simplifica el montaje. También ofrece nuevas posibilidades, como el escalado de áreas, los procesos de fabricación automatizados y la inspección simplificada de la calidad de un compuesto de media celda antes del montaje.
Resultados positivos del análisis de viabilidad
En un área activa de 150 cm2, los investigadores pudieron demostrar que el compuesto de media celda es capaz de soportar cargas cíclicas de presión y temperatura en el ánodo y el cátodo de hasta 10 bares y 80 °C durante el funcionamiento sin ninguna pérdida significativa de rendimiento. Gracias a los resultados positivos del análisis de viabilidad, se presentó una solicitud de patente para el nuevo diseño y proceso de fabricación. En la actualidad, el objetivo es ampliar la célula a superficies mayores, de hasta 600 cm2, con una mayor presión del hidrógeno gaseoso, a fin de lograr un diseño de interés industrial con densidades de potencia comparables a las del análisis de viabilidad.
El hidrógeno y sus derivados son un pilar importante en un sistema mundial sostenible de comercio de energía, ya que pueden almacenar grandes cantidades de energía durante largos periodos de tiempo. También pueden transportarse por barco o gasoducto y pronto podrán sustituir a los combustibles fósiles en todos los sectores consumidores de energía. El hidrógeno es también la molécula base para la producción de combustibles sintéticos y productos químicos renovables. Además, el proceso de electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEM) que divide el agua en hidrógeno y oxígeno es un proceso dinámico que puede funcionar de forma flexible con electricidad procedente de fuentes renovables. Durante 30 años, Fraunhofer ISE ha trabajado en diversas cuestiones de ingeniería de diseño y producción relacionadas con la electrólisis PEM.
Innovaciones para la economía del hidrógeno del 17 al 23 de abril de 2023 en la Hannover Messe en el pabellón 13, stand D35
En el stand del Fraunhofer ISE en la Feria de Hannover también se presentarán otras innovaciones, como una unidad de electrodos de membrana para pilas de combustible PEM producida mediante el proceso de calcomanía, con capas de catalizador fabricadas utilizando una máquina de serigrafía plana. Los investigadores del Instituto también demostrarán la caracterización de los componentes de las pilas y las pruebas de vida útil mediante una pila de combustible de prueba y un cubo power-to-X que ilustra la densidad energética relativa de distintos vectores energéticos basados en hidrógeno en comparación con el hidrógeno licuado sin presurizar, comprimido o criogénico.
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