Estudio dinámico del acoplamiento entre un modelo de transporte y un modelo anódico de celda de combustible de hidrógeno bajo contaminación con CO

T. FALAGÜERRA; D. LEVITÁN; G. CORREA PERELMUTER; M. LABORDE

Montevideo

Congreso; XXIV Congreso de la Sociedad Iberoamericana de Electroquímica SIBAE 2020; 2020

Sociedad Iberoamericana de Electroquímica SIBAE

El envenenamiento inducido por CO en la mezcla de gases de alimentación anódica es un fenómeno conocido hace años, estudiado a través de experimentos y simulación computacional; y es uno de los desafíos que enfrenta el uso de hidrógeno obtenido a partir de fuentes renovables.La electrooxidación de CO en el ánodo permite aumentar la tolerancia al contaminante. Esta reacción, que ocurre en paralelo a la oxidación del H2, tiene un comportamiento diferenciado cuando la celda se opera en forma potenciostática y cuando lo hace a corriente constante.En el último caso se producen oscilaciones sostenidas en el potencial anódico. El estudio de este fenómeno requiere considerar el acoplamiento entre la cinética electroquímica y las condiciones de operación particulares dentro de una celda de combustible: las diferencias en la temperatura, concentración de gases y el flujo a través de un medio poroso condicionan el comportamiento del sistema.En el presente trabajo se analizó el comportamiento del sistema a lo largo del tiempo bajo diferentes concentraciones de CO en la alimentación. Se utilizaron modelos 1D y 3D de una PEMFC en 7 dominios: membrana, canales de flujo para hidrógeno y oxígeno, capa catalítica para cada electrodo, y capa difusora de gases. En el dominio del cátodo se utilizó un modelo cinético de Tafel irreversible.En un trabajo previo se había analizado el efecto del espesor de la capa catalítica en el desempeño del sistema a través de un modelo 1D dinámico de celda completa acoplada a un modelo de ánodo desarrollado localmente[1]. En este trabajo se concretó el acoplamiento entre el modelo anódico desarrollado por Zhang y Datta[2] y modelos 1D y 3D de la celda de combustible. Se modificaron los parámetros del sistema concentración de CO y ladensidad de corriente. Se construyó un mapa con las regiones en las que se producen oscilaciones sostenidas. Este mapa se utilizó para validar el modelo contra los resultados experimentales de Zhang[3].En el modelo 3D también se variaron parámetros geométricos (ancho de canal de flujo, espesor de la capa difusora, espesor de la capa catalítica) para obtener una caracterización dinámica del comportamiento real de una celda, y buscar la geometría con mejor desempeño bajo contaminación con CO. Estos resultados fueron comparados con los obtenidos para un sistema en estado estacionario por Hasmady y Fushinobu[4].