Estudio del comportamiento de un sistema integrado electrolizador tipo PEM-almacenador de hidrógeno

ANDREASEN GUSTAVO; RAMOS SILVINA GABRIELA; PERETTI HERNÁN; TRIACA WALTER

San José

Congreso; XXII Congreso de la Sociedad Iberoamericana de Electroquímica; 2016

Sociedad Iberoamericana de Electroquímica

Las celdas de combustible de hidrógeno/oxígeno son dispositivos portátiles eficientes y de alta densidad de energía que requieren alimentarse con hidrógeno de alta pureza, adecuadamente almacenado en una estructura sólida, por ejemplo, formando hidruros metálicos. Estos almacenadores de hidrógeno se pueden recargar rápidamente utilizando electrolizadores tipo PEM alimentados con la electricidad generada por paneles solares o turbinas eólicas, sin necesidad de compresión adicional. En este trabajo se estudia el comportamiento de un sistema integrado por un electrolizador tipo PEM de baja presión y un almacenador de hidrógeno, conteniendo una aleación metálica formadora de hidruro tipo AB5 para alimentar posteriormente una celda de combustible tipo PEM. El objetivo específico está centrado en la etapa de almacenamiento del hidrógeno como hidruro metálico y en el proceso de carga del almacenador, a fin de determinar las presiones mínimas requeridas para recargarlo directamente desde un electrolizador de agua trabajando a bajas presiones y caudales elevados de hidrógeno. Se eligió un electrolizador tipo PEM por sus características, tales como baja temperatura de operación, resistencia al poder oxidativo del oxígeno, obtención de hidrógeno de alta pureza (99.9999%) y baja resistencia óhmica que permite obtener altas densidades de corriente de celda. El almacenador 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 y externas de aluminio para favorecer la transferencia de calor y consecuentemente el aumento del caudal de hidrógeno. Contiene 500 g de aleación formadora de hidruro tipo AB5 de presión de equilibrio 350 kPa, con una capacidad nominal de 70 litros de hidrógeno, que equivale a 2,5 h de operación de un stack de celdas de combustible de 50 W. La caracterización del almacenador durante la carga consistió en el monitoreo de la presión interior y de las temperaturas del centro y de la pared exterior del almacenador, para distintos caudales y temperaturas de operación. Las propiedades fisicoquímicas de la aleación formadora de hidruro se obtuvieron a través de isotermas presión-composición en un equipo automatizado tipo Sievert. Se determinaron las condiciones óptimas de trabajo en las cuales se logra recargar completamente el almacenador, al máximo caudal de hidrógeno que provee el electrolizador. Los resultados obtenidos demuestran que es posible diseñar un sistema integrado electrolizador de agua-almacenador de hidrógeno adecuado para las condiciones óptimas de carga sin una etapa intermedia de compresión de hidrógeno.