Estudio del comportamiento de un almacenador de hidrógeno para sistemas de conversión de energía

RAMOS SILVINA GABRIELA; ANDREASEN GUSTAVO; MELNICHUK MAXIMILIANO; CORSO HUGO; VISINTÍN ARNALDO; TRIACA WALTER; PERETTI HERNÁN

La Serena

Congreso; XXI Congreso de la Sociedad Iberoamericana de Electroquímica; 2014

 La utilización del hidrógeno como combustible requiere su almacenamiento en forma compacta y segura. Las aleaciones formadoras de hidruros metálicos permiten absorber hidrógeno a partir de la fase gaseosa y acumularlo en una estructura sólida, ocupando a temperatura ambiente menor espacio aún que el que tendría en fase líquida a baja temperatura. La formación y descomposición del hidruro es un proceso reversible que ocurre a una presión de equilibrio que es característica para cada temperatura, y donde tiene lugar un importante intercambio de calor. Esto hace que en el diseño de un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno basado en hidruro metálico sea importante considerar las condiciones de transferencia térmica desde el medio hacia el hidruro y viceversa, a fin de optimizar el rendimiento de los procesos de sorción. En este trabajo se estudia el comportamiento de un almacenador prototipo de hidruro metálico, mediante caracterización de la carga y descarga de hidrógeno para distintos caudales y condiciones de operación. La finalidad del trabajo es poder completar de manera eficiente el ciclo: energía eléctrica, generación electrolítica de hidrógeno, su almacenamiento como hidruro y reconversión a energía eléctrica en sistemas de conversión de energía tales como una celda de combustible PEM (Proton Exchange Membrane). El contenedor de hidruro metálico consiste en un cilindro de acero inoxidable 304L de 50 mm de diámetro exterior, 2 mm de espesor y 200 mm de longitud. Cuenta con superficies extendidas internas (discos) y externas (aletas) de aluminio para favorecer la transferencia de calor y consecuentemente el aumento del caudal de hidrógeno. Más detalles respecto a su diseño se pueden encontrar en la bibliografía. El almacenador está cargado con 500 g de hidruro metálico tipo AB5H6, aleación cuya presión de equilibrio es apta para su uso en celdas de combustible, que además permite ser cargada directamente desde un electrolizador, sin necesidad de compresión adicional. La capacidad nominal del almacenador es de 70 litros normales de hidrógeno, lo que equivale a 3 h de operación de un apilamiento ("stack") de celdas de combustible de 30 W. Para el estudio del comportamiento del almacenador se realizaron medidas a distintos caudales de carga y descarga de hidrógeno, que se mantuvieron constantes por regulación con un controlador de flujo másico. La caracterización de los procesos de carga y descarga del prototipo se llevó a cabo mediante el monitoreo de la presión interior y de las temperaturas del centro y de la pared exterior del almacenador, para los distintos caudales de carga y descarga. Se caracterizó la respuesta del almacenador en distintos medios y en condiciones de operación reales para alimentar celdas de combustible. Los resultados obtenidos muestran que es posible diseñar un electrolizador adecuado para las condiciones óptimas de carga sin una etapa intermedia de compresión de hidrógeno.