Resumen de Influencia del CO2 alimentado en la corriente de combustible en pilas de combustible tipo PEM de baja y alta temperatura
- español
De entre todas las impurezas que pueden existir en el combustible alimentado a una PEMFC, el estudio de la influencia del C02 es de gran interés debido a las altas concentraciones que del mismo pueden estar presentes en una corriente de reformado, así como por ser uno de los contaminantes menos estudiados en la actualidad. La presencia de este contaminante en la corriente de H2 que es alimentada al ánodo produce pérdidas de rendimiento que, aunque no son tan elevadas como las obtenidas por la presencia de CO, no deben ser despreciadas El objetivo central de la presente tesis es profundizar y avanzar en el estado del conocimiento del efecto que produce la presencia de C02 en el combustible alimentado a pilas de combustible tipo PEM de baja y alta temperatura. Mediante el mismo, se discutirá la posibilidad de la existencia de un proceso de contaminación del catalizador además del efecto dilución causado inevitablemente por la presencia de C02. Para alcanzar dicho objetivo, la tesis se divide en los siguientes objetivos secundarios: 1. Estudiar el efecto producido por la presencia de diferentes concentraciones de C02 en el combustible alimentado a pilas tipo PEM de baja temperatura (LT PEMFCs) y alta temperatura (HT PEMFCs). 2. Determinar el papel que juega la densidad de corriente en el proceso de contaminación por C02. 3. Evaluar la influencia de la temperatura de operación en el impacto negativo producido por el C02 en LT PEMFCs y HT PEMFCs. 4. Analizar cómo afecta la humedad relativa al proceso de electro oxidación del CO en LT PEMFCs. 5. Investigar la influencia del catalizador en el impacto originado por la presencia de C02 en LT PEMFCs. 6. Estudiar diferentes métodos de regeneración del catalizador y aportar evidencias de la posibilidad de la existencia de un proceso de contaminación derivado de la presencia de C02 en el combustible. 7. Desarrollar una metodología de ensayos en pilas de combustible tipo PEM, que permita normalizar el desarrollo de las curvas de polarización en aquellos estudios en los que CO y/o C02 están presentes en el combustible alimentado al sistema. Los resultados sugieren que las pérdidas de rendimiento son mayores que si sólo existiera un efecto dilución debido al C02 debido a la producción de CO a partir de la reacción �Reverse Water Gas Shift� (RWGS). Los resultados se muestran a partir de los sobrepotenciales calculados. A su vez, se muestra el análisis de los diferentes parámetros de operación anteriormente mencionados. Finalmente, se desarrolla una metodología de ensayos que permite estudiar el efecto ejercido por contaminantes que presentan una naturaleza acumulativa con el tiempo, como pueden ser CO y C02.
- English
Among all the impurities, the study of the influence of C02 on the performance of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFC) is of considerable interest due to the high concentration of this contaminant in a typical reformate mix. The presence of C02 in the fuel can produce performance losses that cannot be underestimated. An experimental investigation of the performance and contamination of Low and High Temperature PEMFCs operating with different concentrations of C02 at the anode inlet is presented. An analysis of different operating parameters (current density, temperature, relative humidity, catalyst composition and operating time) influence in the contamination process for both low and high temperature operation range are investigated in this work. To reach the main objective, the thesis is divided in the next secondary objectives: 1. Study the effect of different concentrations of H2/C02 mixtures at Low and High Temperature PEMFCs. 2. Researching the current density influence into the contamination process. 3. Evaluate the temperature effect of temperature which is closely related with the ratio �CO production/CO electro- oxidation�. 4. Study the effect of relative humidity in the CO electro-oxidation for LT PEMFCs. 5. Change the composition of catalyst in order to evaluate the impact in the contamination process for LT PEMFCs. 6. Study two different regeneration methods to recover the contaminated electrode, in order to recover initial performance. 7. Develop a new and versatile method to study the effect of contaminants which show an accumulative behavior with time. The results show that the performance loss is larger than expected if only a dilution effect were considered, so that a real contamination process occurs in the cell when C02 is fed to the anode, due to the RWGS reaction. This contamination effect is analysed and quantified by comparing the polarization curves of the contaminated cell with the ones corresponding to the cell operating with pure hydrogen. The oveipotentials for different operating parameters are presented and discussed for both types of fuel cells. Two different regeneration processes (anode feeding with pure H2 and with air) are also presented and discussed. The analysis of the effectiveness of each regeneration strategy also supports that CO produced via the RWGS reaction is adsorbed onto the catalyst.
