STACK DE 50W

V CONGRESO NACIONAL DE PILAS DE COMBUSTIBLE

EVALUACIÓN DE PILAS DE COMBUSTIBLE DE ÓXIDO SÓLIDO PARA EL
DISEÑO Y DESARROLLO DE UN STACK DE 50W.
Ana M. Férriz1, Miguel A. Laguna-Bercero2, R. Campana2,3Joaquín Mora1, Marcos Rupérez1,
Luis Correas1.
1

Fundación para el Desarrollo de las Nuevas Tecnologías del Hidrógeno en Aragón, Parque Tecnológico Walqa Ctra. Zaragoza
N330A, km 566, E-22197Cuarte, Huesca, Spain.
2
Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, Universidad de Zaragoza-CSIC, C/ Pedro Cerbuna 12, E-50009, Zaragoza,
Spain.
3 Centro Nacional Hidrógeno

RESUMEN:
La principal ventaja que presentan las celdas tubulares de tipo SOFC frente a las planares es la facilidad que
presentan en el sellado. Además, las celdas microtubulares pueden soportar tiempos de encendido más rápidosy
presentan mayores densidades de energía volumétrica. En este trabajo, se han producido, analizado y
caracterizado celdas microtubulares de soporte anódico. Las celdas están fabricadas con Ni-YSZ en el ánodo,
YSZ en el electrolito y LSM-YSZ como cátodo. Se han operado las celdas a diferentes temperaturas (750ºC –
900ºC) obteniendo las correspondientes I-V (curvas intensidad-voltaje) para sucompleta caracterización. Se ha
desarrollado un diseño conceptual del sistema que ha permitido estudiar la viabilidad de la integración de un
stack en una unidad portátil. Se ha llevado a cabo una simulación eléctrica para la completa caracterización de
las celdas; balance de energía y eficiencia junto con los coeficientes de convección del stack a partir del
programa Simulink®. Adicionalmente, se haelaborado el diseño del stack en 3D con el software Solid Works®.
Actualmente se ha completado la fabricación de un stack de dos celdas con una potencia de 0.9W. El stack será
escalado y el modelo validado con la fabricación de un stack experimental de celdas microtubulares.
ABSTRACT:
The main advantage of tubular SOFC cells against the planar design is the facility that they present in thesealing.
Furthermore, the microtubular cells can support a faster warm uptime and a higher volumetric energy density.
Anode supported microtubular cells have been produced, analyzed and characterized. The cell characteristics
are, anode Ni-YSZ, electrolyte YSZ and LSM-YSZ cathode. We have operated at different temperatures (750ºC –
900ºC) to fully characterized the cells by current density-voltagemeasurements. The integration feasibility of the
stack in a portable power module is demonstrated by the conceptual design of the system. An energy balance is
simulated with Matlab Simulink®. The operation modes of the system, efficiency and convection inside the stack
are studied via the Simulink® simulation. An electrical simulation is also done for the complete cell
characterization. A modular 3Ddesign of the stack is also drawn using Solid Works®.. The model will be
validated with the fabrication of an experimental microtubular cell stack.. An experimental 2 cell-stack has been
also built and tested with a total power of 0.9W. The work is under continuous development for the fabrication of
a first prototype.
Palabras clave: Microtubular, SOFC, soporte anódico, stack.
Keywords: Microtubular,SOFC, anode-supported, stack.

1. INTRODUCCIÓN
Las pilas de Combustible de Óxido Sólido
(SOFC) son probablemente los elementos con
mayor eficiencia en lo que a la conversión de
energía química en energía eléctrica se refiere. En
términos de diseño de pilas SOFC, existen dos tipos
de celdas basadas en su geometría: planas y
tubulares. Las ventajas y desventajas de ambas han
sido ampliamentediscutidas [1]. Las principales
ventajas de las pilas tubulares residen en una mayor
estabilidad térmica y mecánica y menores
requerimientos en el sellado, mientras que las celdas

de tipo planar presentan mayores densidades de
potencia, alta eficiencia y menores costes de
producción. En los últimos años, ha habido un
creciente interés por reducir el diámetro de las
celdas tubulares de tipo SOFC. Se...