RESUMEN

      La economía del hidrógeno hace referencia a un modelo económico alternativo al uso de combustibles fósiles, donde este gas generado de forma limpia y económica, serviría para alimentar el grueso de las necesidades energéticas de la sociedad. La revolución energética que supone la economía del hidrógeno se basa en el uso de este gas para generar electricidad por medio de pilas de combustible, más que en su uso directo como combustible. 

	En este contexto, en la presente Tesis Doctoral titulada “Estudio del comportamiento estacionario y dinámico de una pila de combustible de 300 W de potencia operando en modos ánodo cerrado y ánodo abierto” se estudia el efecto de las variables de operación de la pila de combustible como son los caudales de hidrógeno y de aire, la temperatura de operación, la temperatura de humidificación de los gases, los coeficientes estequiométricos de los gases y la presión de alimentación de los mismos sobre el comportamiento de una pila de combustible de 300W y de las celdas individuales que la componen, mediante las curvas potencial-densidad de corriente o curvas de polarización y mediante espectroscopía de impedancias electroquímicas. Para llevar a cabo el trabajo se ha desarrollado un sistema de monitorización y control de las variables mencionadas previamente. 

	Con respecto a las curvas de polarización, son características de cada pila de combustible, y permiten estudiar su comportamiento estacionario en diferentes condiciones de operación. En modo ánodo cerrado el potencial aumenta con el coeficiente estequiométrico del aire. En modo ánodo abierto, el potencial aumenta con los coeficientes estequiométricos del hidrógeno y del aire, con los caudales de ambos gases y con la presión. Con respecto a la temperatura, en ambos modos de operación, los mejores resultados se obtienen cuando la temperatura de operación y de humidificación tienen valores similares.

	Se ha desarrollado un modelo matemático que permite determinar los parámetros cinéticos de las celdas individuales mediante el ajuste de las curvas de polarización experimentales al modelo propuesto. El comportamiento de las celdas individuales varía con su posición dentro de la pila de combustible debido a las variaciones de temperaturas que se producen dentro de la pila. 

	Al estudiar el comportamiento dinámico se ha observado que cuando se produce un aumento de la densidad de corriente el potencial disminuye bruscamente, alcanza un valor mínimo o subimpulso y luego aumenta hasta alcanzar un nuevo estado estacionario. Por otro lado, cuando se produce un cambio negativo en la densidad de corriente el potencial aumenta hasta un valor máximo o sobreimpulso de potencial y luego disminuye hasta alcanzar de nuevo el estado estacionario. El subimpulso y sobreimpulso alcanzados están relacionados con el déficit o exceso puntual de gases, o cambios puntuales en el contenido de humedad de la membrana que se producen cuando cambia la densidad de corriente. Además los valores del subimpulso y del sobreimpulso de potencial son mayores cuando el funcionamiento de la pila de combustible está controlado por la transferencia de carga y para elevadas densidades de corriente, cuando el funcionamiento está controlado por la transferencia de materia. 

	La caracterización de la pila de combustible mediante la técnica de Espectroscopía de Impedancias Electroquímicas se ha realizado a tres densidades de corriente, cuando el funcionamiento de la pila de combustible está controlado por la transferencia de carga, por la caída óhmica y por la transferencia de materia. Los resultados obtenidos se han ajustado a un circuito eléctrico equivalente y se han determinado las resistencias óhmica, a la transferencia de carga y a la transferencia de materia. De forma general, las resistencias óhmica y a la transferencia de carga disminuyen con el aumento de la densidad de corriente, y la resistencia a la transferencia de materia aumenta con el aumento de la densidad de corriente.