Nafion
Hay tres razones principales para utilizar el hidrógeno. En primer lugar, entre todos los combustibles (metanol, etanol, ácido fórmico, etc.), la densidad energética basada en el peso del combustible de hidrógeno es la mayor, con 33,3 Wh/g. En segundo lugar, de todos los combustibles fluidos (sólidos fluidificados, líquidos, vapores, gases) que se podrían utilizar, el hidrógeno es el más fácil de oxidar en condiciones de temperatura y presión casi ambientales. La tercera razón es que si el cátodo utiliza aire, concretamente oxígeno en el aire, entonces el proceso en la pila de combustible puede ser de emisión cero (sin gases de efecto invernadero ni contaminación) porque los únicos productos son electricidad, calor y agua. Las pilas de combustible PEM sólo son de emisión cero si no hay (o hay un consumo neto cero) de hidrocarburos en ninguna parte del proceso.
Los electrolitos de polímero sólido que poseen grupos funcionales de base ácida tienen numerosas ventajas, lo que hace que las pilas de combustible PEM sean atractivas para aplicaciones a menor escala, como la energía portátil, la de reserva o la estacionaria (calor y energía combinados) y, finalmente, el transporte. Algunas de las características más atractivas de las pilas de combustible PEM son: funcionamiento continuo (sin recarga), sistema compacto, alta densidad de potencia y funcionamiento a temperaturas relativamente bajas (menos de 90oC o 194oF), así como una emisión baja/cero del sistema de pilas de combustible cuando funciona con hidrógeno.
Energía de activación en polimeros para electrodos pem 2021
Los dispositivos electroquímicos tienen que utilizar materiales catalizadores para funcionar y ofrecer un alto rendimiento. Existen numerosos materiales catalizadores para diversas reacciones. En cualquier dispositivo electroquímico, una reacción de oxidación necesita acoplarse a una reacción de reducción. Ejemplos de estas reacciones son la reacción de oxidación del hidrógeno (HOR), la reacción de evolución del hidrógeno (HER), la reacción de reducción del oxígeno (ORR), la oxidación del agua (también llamada electrólisis del agua), etc. Los materiales catalizadores reducen la energía de activación de las reacciones y, por lo tanto, permiten la fabricación de dispositivos electroquímicos altamente eficientes que logran maravillas.
El platino, las aleaciones de platino con metales de transición, la aleación de platino y rutenio, el paladio y otros materiales catalíticos similares han sido los materiales catalizadores más utilizados para diversos dispositivos electroquímicos, como las pilas de combustible, los electrolizadores, las bombas electroquímicas (también conocidas como compresores electroquímicos), los inertes electroquímicos, la deshumidificación electroquímica, etc. Los materiales catalizadores pueden fabricarse en negro (también conocido como forma pura) o en forma soportada. El negro (o forma pura) de los materiales catalíticos suele tener una superficie menor en comparación con sus homólogos con soporte. El carbono ha sido el material de soporte más prometedor debido a su superficie extremadamente grande, su buena conductividad eléctrica y su inercia inherente en los dispositivos de pilas de combustible.
Energía de activación en polimeros para electrodos pem 2022
donde Sm es la fuente de masa añadida desde la fase continua a la segunda fase dispersa y cualquier otra fuente definida por el usuario.Conservación del Momento [34]:∂∂t(ρ v→)+- (ρ v→ v→ )= – p+-(τ=)+ρg→+Smom(2)
donde p denota la presión, τ= es el tensor de tensión, ρg→ denota las fuerzas gravitacionales del cuerpo, y Smom es el término de la fuente de momento para los medios porosos, que incluye la capa de difusión del gas, la capa catalizadora y la membrana. El tensor de esfuerzo τ= viene dado por la siguiente ecuación [34].
donde μ es la viscosidad molecular e I es el tensor unitario. El segundo término en el lado derecho de la ecuación representa los efectos de la dilatación del volumen. Transporte de especies [34]:∂∂t(ρ Yi)+ -(ρ v→ Yi )= –Di,eff∇Yi+Sm(4)
donde Yi denota la fracción de masa local de la especie i y Di,eff es la difusividad efectiva de la especie. Nótese que la mezcla total de especies debe conservar la masa total y, por lo tanto, los términos fuente en la conservación de la masa deben ser iguales a los términos fuente en la conservación de las especies [48].Potencial Eléctrico [34] -(σ ψ)+S=0(5)
Energía de activación en polimeros para electrodos pem en línea
ResumenLos trabajos de modelización que simulan la pila de combustible de membrana de intercambio de protones con el enfoque de la dinámica de fluidos computacional implican la solución simultánea de múltiples ecuaciones físicas interconectadas para los flujos de fluidos, el transporte de calor, las reacciones electroquímicas y la conducción protónica y electrónica. Los esfuerzos de modelización varían en función de cómo tratan la física dentro del conjunto membrana-electrodo (MEA) y junto a él. Algunos enfoques no tratan el MEA como parte del dominio computacional, sino como una interfaz que conecta los dominios computacionales del ánodo y del cátodo. Estos enfoques pueden carecer de la capacidad de modelar consistentemente las pérdidas de la capa de catalizador y la resistencia óhmica del MEA. Este trabajo presenta una formulación de interfaz mejorada en la que se modelan analíticamente los comportamientos de transporte de agua, calor y corriente de la MEA. Mejorando el trabajo anterior, las pérdidas de la capa del catalizador pueden ahora ser modeladas con precisión sin la selección ad-hoc de los parámetros cinéticos del modelo. La clave de la formulación es la incorporación de las resistencias de absorción/desorción de agua. El modelo de interfaz se desarrolla teniendo en cuenta únicamente la variación a través del plano, basándose en una investigación fundamental variada de cada una de las físicas relevantes. El modelo se valida con datos de celdas diferenciales con reactivos de alta y baja humedad. La concordancia es muy buena en todos los casos.