Simulación computacional de difusión de hidrógeno en membranas de celdas de combustible.

M. CECILIA GIMÉNEZ; LUIS REINAUDI; ELIZABETH SANTOS

Merlo, San Luis.

Congreso; 100 Reunión de la Asociación Física Argentina.; 2015

AFA - Universidad Nacional de San Luis.

Debido a las limitaciones de los combustibles fósiles, hoy en día se hace imprescindible el estudio de fuentes de energía renovables (como la eólica, la energía solar, etc.). Un rol muy importante en la obtención y almacenamiento de estas energías lo cumplen las celdas de combustible. Las mismas consisten en la utilización del oxígeno y el hidrógeno molecular, para formar agua y obtener energía a partir de dicha reacción. El oxígeno se puede obtener del aire y el hidrógeno, a partir de las fuentes de energía renovables antes mencionadas. Esta reacción se produce en las denominadas celdas de combustible, que contienen superficies (en muchos casos metálicas) que sirven como catalizadores donde se producen la adsorción, difusión y reacciones químicas de los componentes involucrados.Otra parte importante de las cedas de combustible son las membranas que separan los subsistemas en los que ocurren los diferentes procesos. En particular una de ellas permite la difusión de los protones (H + ) entre el cátodo y el  ánodo.En el presente trabajo, se estudia, mediante el método de Monte Carlo dinámico, la difusión de partículas en membranas, las cuales representarían los iones H+ a través de las membranas de las celdas de combustible. El programa consiste en partículas difundiendo como caminantes aleatorios en un retículo cuadrado. Eventualmente,en el camino puede haber obstáculos, formados por islas de partículas de otra especie, las cuales representarían la porosidad de la membrana.El sistema consiste en una red cuadrada de L × L y los protones están representados por partículas que difunden moviéndose cada una a uno de sus cuatro primeros vecinos, con una velocidad v1 en la dirección haciaarriba y una velocidad v2 = 1s−1 en las otras tres direcciones. En el sistema se supone que las partículas ingresan por abajo y pueden desaparecer saliendo por arriba o por abajo, con condiciones de contorno periódicas en la dirección horizontal.Las membranas utilizadas pueden tener distintos valores de θ membrana, que indican la fracción de espacio que está ocupada por partículas fijas de otra especie. Este cubrimiento de membrana fue simulado previamente con un Monte Carlo canónico e interacciones atractivas entre las partículas, para favorecer la formación de islas. Durantelas simulaciones de difusión de hidrógeno estas partículas están fijas.