Análisis de la influencia del caudal y la concentración de agua en pilas de combustible de hidrógeno PEM mediante un modelo matemático

Abstract

[ES] El presente estudio se enfoca en el análisis de la influencia del caudal y humedad en celdas de combustible de hidrógeno tipo PEM (membrana de intercambio de protones) a través de un modelo matemático implementado en entorno Matlab. Entender bien el funcionamiento a lo largo de la celda es de vital importancia, pues las pilas de combustible de hidrógeno son una fuente de energía muy prometedora para un futuro sostenible. Destaca su posibilidad de adaptación a una amplia variedad de aplicaciones, ya sean dispositivos más pequeños o incluso vehículos. Sin embargo, es necesario garantizar la correcta humidificación de la membrana situada en su interior para obtener una buena respuesta electroquímica y alta durabilidad. Para estudiar estos efectos se simularán diferentes condiciones de operación variando los parámetros de caudal y humedad, analizando de manera independiente las corrientes de ánodo y el cátodo. Este enfoque computacional ofrece una alternativa eficiente y económica para investigar el comportamiento de las pilas de combustible antes de su implementación en entornos reales, contribuyendo así al avance de esta tecnología limpia y sostenible.

[CA] El present estudi s'enfoca en l'anàlisi de la influència del cabal i concentració de l'hidrogen i de l'oxigen en cel·les de combustible d'hidrogen tipus PEM (Membrana d'electròlit polimèric) a través d'un model matemàtic de Matlab. Entendre bé el funcionament al llarg de la cel·la és de vital importància, perquè les piles de combustible d'hidrogen són una font d'energia molt prometedora per a un futur sostenible. Destacant la seua possibilitat d'adaptació a una àmplia varietat d'aplicacions, ja siguen dispositius més xicotets o fins i tot vehicles. Per a estudiar la resposta electroquímica, se simularan diferents condicions d'operació variant els paràmetres de cabal i concentració de manera independent tant en l'ànode com en el càtode. A més, per a obtindre una anàlisi més detallada de com succeïx la reacció al llarg de la longitud de la cel·la, es discretiza en nodes. Això es veurà reflectit en l'evolució de la intensitat respecte al voltatge. Este enfocament computacional oferix una alternativa eficient i econòmica per a investigar el comportament de les piles de combustible abans de la seua implementació en entorns reals, contribuint així a l'avanç d'esta tecnologia neta i sostenible.

[EN] The present study focuses on analyzing the influence of hydrogen and oxygen flow rate and concentration in PEM (Polymer electrolyte membrane) hydrogen fuel cells through a Matlab mathematical model. Understanding the cell's operation thoroughly is of vital importance as they are a highly promising energy source for a sustainable future. Highlighting their adaptability to a wide variety of applications, be they smaller devices or even vehicles. To study the electrochemical response, different operating conditions will be simulated by independently varying the flow rate and concentration parameters both at the anode and cathode. In addition, to obtain a more detailed analysis of how the reaction occurs along the length of the cell, it is discretized into nodes. This will be reflected in the evolution of the intensity with respect to the voltage. This computational approach offers an efficient and economical alternative to investigate the behavior of fuel cells before their implementation in real environments, thus contributing to the advancement of this clean and sustainable technology.