Un equipo del departamento de Ingeniería Energética de la Universidad de Sevilla ha desarrollado una investigación experimental enfocada al diseño de una pila de combustible PEM bioinspirada. El modelo que han obtenido ha conseguido alcanzar una potencia máxima de hasta un 6,0 % superior al diseño que tomaron de referencia.

Las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFCs) son dispositivos electroquímicos que convierten directamente la energía química de combustibles como el hidrógeno en electricidad, con alta eficiencia y generando únicamente agua como subproducto. La geometría de los canales de la placa bipolar por los que se distribuyen los reactantes tiene un impacto considerable en el rendimiento de la pila de combustible.

Diseño biomimético fabricado, incluye inserciones porosas de grafeno.

Los diseños de la placa bipolar basados en estructuras inspiradas en la naturaleza, como hojas, pulmones o esponjas, se han explorado hasta la fecha con éxito, pero aún no han alcanzado todo su potencial.

Con el objetivo de investigar nuevos diseños con prestaciones mejoradas, este trabajo presenta un análisis experimental de un diseño bioinspirado novedoso de los canales de una PEMFC. Partiendo de un análisis de Fluidodinámica Computacional (CFD) del flujo de diferentes diseños biomiméticos iniciales, se seleccionó, fabricó y ensayó experimentalmente el que presentaba mejores prestaciones en cuanto a distribución de reactantes, que incluye inserciones de material poroso en la zona central de la placa, en lugar de canales.

Los resultados del nuevo diseño biomimético se analizaron y se compararon con un modelo de serpentín paralelo, que se tomó como referencia, indicando que el nuevo diseño propuesto es especialmente adecuado para mejorar la gestión del agua de la pila de combustible en condiciones de alta humedad de los reactantes, alcanzando una potencia máxima de hasta un 6,0 % superior en comparación con el diseño de referencia.

Este proyecto se ha desarrollado gracias a la ayuda PID2019-104441RB-I00 financiada por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y la ayuda P20_01231 financiada por PAIDI 2020 Junta de Andalucía, co-financiada con fondos “ERDF a way of making Europe” por la Unión Europea.

Referencia bibliográfica:

Experimental and numerical Investigation on the design of a bioinspired PEM fuel cell; Christian Suáreza, Alfredo Iranzo, Baltasar Toharias, Felipe Rosa; Energy, available online 12 July 2022, 124799.