Validación de un modelo computacional para celdas de combustible de hidrogeno a partir de datos de la literatura científica

Abstract

[ES] Las celdas de combustible son el sistema esencial de funcionamiento de los motores de hidrógeno, justamente mientras se ha realizado este Trabajo Final de Grado (TFG), la sociedad, economía y naciones están sufriendo grandes disrupciones en el modelo empleado energéticamente durante los últimos años. Las tecnologías basadas en celdas de hidrógeno tipo Proton Exchange Membrane (PEM) no han alcanzado hasta el momento, un desarrollo significativo podría ser una de las llaves para solventar grandes desafíos en el mercado energético. Por ello, es fundamental optimizar sistemas existentes como los nuevos que vendrán en el futuro. Como respuesta a estos problemas, algunos de los sistemas que se están desarrollando pasando hasta la optimización y mejora de los sistemas ya existentes pero sin el suficiente desarrollo. El objetivo que se plantea con la realización de este TFG es analizar cuales son los parámetros y variables fundamentales, cómo tienen dependencias entre ellos y finalmente aportar soluciones para trabajar en determinandos rangos de operaciones más adecuados para experimentar con las celdas de combustible. Ésto se ha sido posible estudiando y manipulando modelos iniciales estudiado en los siguientes capítulos. Gracias a estos artículos de investigación se ha investigado sobre las limitaciones en las celdas y como operar a través de las variables para mejorar su rendimiento y rango de operación. Durante la realización del TFG se ha abordado algunas problemáticas en el diseño de celdas de hidrógeno como las variaciones de las concentraciones de flujo de hidrógeno y oxígeno en los canales de gas a través de cátodo y ánodo respectivamente, la dependencia de variables como presión y temperatura al flujo de protones, gradientes de concentraciones y finalmente como influyen a la humedad en la membrana. Además, de otros efectos como sobrecalentamiento, exceso de agua, degradación o caídas grandes de potencial. También se han abordado breves elaboraciones de modelaje describiendo algunos fenómenos físicos existentes en la pila con el fin de establecer y clarificar la dependencia entre variables.

[EN] Fuel cells are the essential operating system for hydrogen engines. While this Final Degree Project (FDP) has been carried out, society, the economy and nations are undergoing major disruptions. While this Final Degree Project (FDP) has been carried out, society, the economy and nations are undergoing major disruptions in the energy model used in recent years. The technologies based on hydrogen fuel cells are the most important system for the operation of hydrogen engines. Technologies based on PEM hydrogen cells have not yet reached a significant development, which could be one of the keys to solving major challenges in the energy market. The optimisation of existing systems is therefore essential to optimise existing systems as well as new ones in the future. As a response to these problems, some of the systems being developed are moving systems that are being developed go as far as optimising and improving existing but underdeveloped systems. The objective of this FDP is to analyse which are the fundamental parameters and variables, how they have the fundamental parameters and variables, how they have dependencies between them and finally to provide solutions for working in certain ranges of operations that are most suitable for experimenting with fuel cells. This has been made possible by studying and manipulating initial models. Thanks to research papers have investigated the limitations in the cells and how to operate through the variables to improve their performance. During the FDP, some problems in the design of hydrogen cells have been addressed. Hydrogen cell design, such as variations of hydrogen and oxygen and their flow concentrations in the gas channels through the cathode and anode, respectively, the dependence of variables such as pressure and temperature on the flux of protons, concentration gradients and finally how they influence the humidity in the membrane. In addition, other effects such as overheating, excess water, degradation or large potential drops. Brief modelling elaborations describing some of the physical phenomena in the membrane have also been addressed. In order to establish and clarify the dependence between variables in the stack, short modelling exercises describing some physical phenomena in the stack have also been addressed the dependence between variables and how influence to cell performance.