Modelos para pilas de combustible

Varios modelos para Pilas de Combustible

RESUMEN: Las pilas de combustible se hallan aún en fase de desarrollo; la combinación de nuevos materiales y nuevas arquitecturas, hacen más eficiente los procesos de transporte, diseño y optimización de la integración de una PEM con lo cual se espera tener un mayor rendimiento, eficiencia, fiabilidad en la fabricación y costo-eficacia. La modelacióncomputacional de la PEMS es una herramienta que permite en forma sistemática diseñar y optimizar el desarrollo de éstas y esto facilita la integración de avances, aunque esta metodología de estudio y desarrollo de las PEMS depende en gran medida del desarrollo de hardware y software se tiene la expectativa que esto reduzca los ciclos de desarrollo.
La modelación computacional requiere de unafuerte integración de los modelos que representan una gran variedad de procesos de transporte complejos que se caracterizan por un amplio espectro de longitud y escalas de tiempo. Estos procesos incluyen una fascinante, pero no siempre bien entendida, serie de fenómenos compuestos por transporte de fluidos, iónica, electrónica y térmica de manera concertada en las reacciones electroquímicas. En estetrabajo, se presentan algunos avances de los modelos fundamentales de estos fenómenos y la dinámica de los fluidos para modelos basados en la membrana de electrolito de polímero (PEM). Así como un estudio sobre un proceso de dos fases en el flujo de gas. Concluimos el trabajo con una perspectiva sobre los algunos retos teóricos, experimentales y numéricos para que la modelación computacional seauna herramienta funcional.

ABSTRACT: Fuel cells are still under development, the combination of new materials and new architectures, make more efficient transport processes, design and optimization of integration with a PEM which is expected to have increased performance, efficiency, reliability in the manufacturing and cost-effectiveness. The computer modeling of the PEMS is a tool that allowsa systematic design and optimize the development of these and this facilitates the integration of progress, although this methodology of the study and development of PEMS depends largely on the development of hardware and software is the expectation that this will reduce development cycles.
The computational modeling requires a strong integration of models representing a wide variety ofcomplex transport processes that are characterized by a broad spectrum of length and time scales. These processes include a fascinating, but not always well understood series of phenomena composed of transport fluid, Ionic, electronics and heat in a concerted manner in electrochemical reactions. In this work, presents some fundamental advances in models of these phenomena and the dynamics of fluids tomodels based on the polymer electrolyte membrane (PEM). As a study on a two-step process in the gas flow. We conclude the work with a perspective on the challenges some theoretical, experimental and numerical modeling for the computer is a functional tool.

Palabras clave: pila de combustible, fenómeno de transporte, fase de flujo, modelización, CFD.
Keywords: Fuel cells, phenomenon transport,phase flow, modelling, CFD.


1. INTRODUCCIÓN

Una pila de combustible (PEM) es un sistema químico que genera electricidad a partir de hidrógeno, para esto es necesario suministrar hidrógeno en presencia de oxígeno, para generar energía y agua. La PEM es una estructura sencilla que consiste en tres capas adosadas. La primera capa es el ánodo, la segunda el electrólito y la tercera elcátodo. El ánodo y el cátodo sirven de electrocatalizadores. La capa intermedia hace la función de medio de transporte, la cual absorbe el electrólito. El electrólito, que puede ser líquido o sólido, es el que distingue los diferentes tipos de PEM. De acuerdo al tipo de electrólito que constituye a la PEM tenemos que existen cuatro tipos de ellas:

1.- Pilas de ácido fosfórico (PAFC),...