Estudio de la influencia del diseño de una MEA y de las condiciones de operación sobre su curva de polarización.

Abstract

[ES] Las pilas de combustible se plantean como una de las alternativas tecnológicas necesarias para alcanzar la descarbonización en diversos sectores. El elemento básico de estas pilas es la MEA (Membrane Electrode Assembly), que está constituida por diversas capas entre las que se encuentran las capas de difusión; las capas catalíticas, que actúan como ánodo y cátodo, y el electrolito, que habitualmente es una membrana de intercambio de protones (PEM por sus siglas en ingles). Para la caracterización de la operación de una MEA se recurre a las denominadas curvas de polarización, que relacionan la intensidad y la diferencia de potencial que genera una MEA. Esta curva de polarización depende en gran medida de parámetros de diseño de la pila y de sus condiciones de operación.

En este TFG se va a emplear un modelo computacional para la simulación de una MEA a fin de estudiar la influencia que tienen sobre la curva de polarización la modificación de diversos parámetros de diseño de la MEA y de las condiciones de operación. A continuación, se calibrará el modelo a fin de reproducir las curvas de operación obtenidas experimentalmente para una MEA operando con diferentes concentraciones O2 en el cátodo. Finalmente, el modelo calibrado se empleará para obtener las curvas de polarización en condiciones de operación diferentes a las ensayadas.

[EN] Fuel cells are one of the technological alternatives needed to achieve decarbonisation in various sectors. The basic element of these cells is the MEA (Membrane Electrode Assembly), which is made up of various layers including the diffusion layers, the catalytic layers, which act as anode and cathode, and the electrolyte, which is usually a proton exchange membrane (PEM). To characterise the operation of an MEA, so-called polarisation curves are used, which relate the intensity and potential difference generated by an MEA. This polarisation curve depends to a large extent on the design parameters of the battery and its operating conditions.

In this dissertation, a computational model will be used to simulate an MEA in order to study the influence of different MEA design parameters and operating conditions on the polarisation curve. Then, the model will be calibrated in order to reproduce the operating curves obtained experimentally for an MEA operating with different O2 concentrations at the cathode. Finally, the calibrated model will be used to obtain the polarisation curves under operating conditions different from those tested.