Determinación de las prestaciones de pilas de combustible en aplicaciones de automoción según protocolos de ensayos harmonizados de la Unión Europea

Abstract

En este Trabajo de Fin de Grado, se exponen los resultados obtenidos al ensayar una pila de combustible siguiendo los protocolos de ensayo harmonizados definidos por el Joint Research Centre (JRC) de la Comisión Europea para aplicaciones de automoción con el fin de determinar las prestaciones y el rendimiento de una pila de combustible de tipo PEM de 50 cm2 . Concretamente, se realizan ensayos en las condiciones de referencia definidas para automoción y se estudia el efecto de las llamadas “condiciones de estrés”, es decir, condiciones que se desvían de las condiciones de operación de referencia. Antes de ello, se presenta un apartado sobre los antecedentes y estado de desarrollo de la tecnología de pila de combustible. Además, se hace un breve repaso por las diferentes tecnologías disponibles en la actualidad para la producción, almacenamiento y posterior utilización del hidrógeno, centrándonos finalmente en la pila de combustible. Se analizan diferentes aspectos, desde su historia hasta todos los tipos existentes en el mercado de la misma, haciendo una rápida comparación entre ellas. El núcleo principal de la memoria consta del análisis de las curvas de polarización donde se muestran los resultados obtenidos al modificar tanto la temperatura como la presión. En ellas, se puede concluir como al aumentar la temperatura, aumenta el voltaje y con ello, el rendimiento de la celda, ya que disminuyen las pérdidas cinéticas, aumenta la difusividad de los reactantes y la conductividad protónica. Asimismo, las temperaturas de funcionamiento más bajas provocan resultados contrarios. En el caso de la presión, si aumenta, se obtiene un efecto positivo sobre el voltaje en el circuito abierto y en la cinética de reacción, así como sobre la tranferencia de materia y gestión del agua.

In this Final Degree Project, the results obtained through the testing of a fuel cell following the harmonized test protocols defined by the Joint Research Center (JRC) of the European Commission for automotive applications are presented in order to determine the outputs and the efficiency of a 50 cm2 PEM type fuel cell. Specifically, tests are carried out under the reference conditions defined for the automotive use and the effect of called "stress conditions" is studied, that is, conditions deviated from the reference operating conditions. Before that, a section on the background and development status of fuel cell technology is displayed. In addition, it is made a brief review of the different technologies currently available for the production, storage and subsequent use of hydrogen, finally focusing on the fuel cell. Different aspects are analysed, from its history to all its types that exist in the market, making a brief comparison between them. The main core of the report consists of the analysis of the polarization curves where the results obtained by modifying both the temperature and the pressure are shown. In them, it can be concluded that when the temperature increases, the voltage increases and with it, the performance of the cell, since the kinetic losses decrease, the diffusivity of the reactants and the proton conductivity increase. Additionally, the lower operating temperatures cause opposite results. In the case of the pressure, if it increases, a positive effect is obtained on the voltage in the open circuit and on the reaction kinetics, as well as on the transfer of matter and on the management of water