Vida útil de un sistema de pila de combustible de hidrógeno (reversible)

Question

Estoy tratando de determinar cuánto tiempo durará un sistema que constantemente convierte el agua en H y O y luego de vuelta, como en aproximadamente cuántos ciclos. Ahora este sistema puede ser hecho de decir una célula de combustible reversible o una célula de combustible no reversible combinada con una máquina dedicada de la electrólisis (si hay una diferencia en vida). Por lo que sé, el platino se utiliza (casi) en todas partes como catalizador y, por lo que puedo determinar, parece corroerse un poco con el uso, sobre todo para dividir el oxígeno en la pila de combustible. Sin embargo, no soy un profesional y sólo puedo encontrar información limitada, por lo que agradecería si alguien pudiera decirme aproximadamente cuánto tiempo durará un sistema como este y cómo.

Answer 1

Los fabricantes de pilas de combustible ofrecen distintas vidas útiles que dependen de muchos factores. Las pilas de reserva suelen tener una vida útil más corta, ya que el proceso de arranque y parada las degrada en comparación con el funcionamiento continuo. Por otro lado, su uso como motor en vehículos requiere una vida útil razonablemente larga.

El combustible impuro dañará el platino (el CO, por ejemplo, envenenará la superficie catalítica). Pero el platino es reciclable, por lo que el envenenamiento u otros factores no serán necesariamente un obstáculo fundamental para su uso (algunas empresas recuperan las pilas usadas al final de su vida útil y reutilizan el platino). Las membranas y los electrodos también se degradan mecánicamente en función del ciclo de trabajo y de la estabilización mecánica del diseño.

Nedstack cita duraciones que oscilan entre las 2.000 horas de las células de reserva (lo que presumiblemente significa años de funcionamiento real, ya que sólo se utilizan cuando se corta el suministro de otra fuente de energía, lo que no ocurre de forma rutinaria) y las 8.000-16.000 horas de funcionamiento continuo (lo que equivale a dos años). Pruebas de pilas de combustible en vehículos han informado de una vida útil de 7.500 horas (lo que presumiblemente equivale a varios años de uso en la práctica), aunque parecen necesitar más mantenimiento que los motores diésel.

Answer 2

Envenenamiento del catalizador, por ejemplo por $\ce{CO}$ es sólo uno de los aspectos que reducen la vida útil de las pilas de combustible PEM.

La membrana polimérica de Nafion puede sufrir debido a la tensión mecánica como resultado de cambios rápidos de temperatura o deshidratación.

Answer 3

Las pilas de combustible no convierten el agua en H y O. La generación de gas hidrógeno se realiza en algún momento previo a su introducción en la pila (como en el caso de los motores de combustión de hidrógeno). La primera etapa de la pila de combustible utiliza un catalizador, como el platino, para dividir el gas hidrógeno (H2) en hidrógeno atómico. Como el catalizador es un conductor y se encuentra junto a una membrana permeable a los protones (membrana de intercambio de protones), los electrones del hidrógeno también se separan y se conducen a la etapa final de la pila.

Si la propia pila de combustible generara hidrógeno a partir de H2O, el sistema en su conjunto no generaría energía neta: toda la energía obtenida de la reacción del hidrógeno al final tendría que volver a separarse del H2O en primer lugar.

Answer 4

De hecho, he comprado y utilizado tres pilas de combustible. Uno estaba muerto a su llegada y nunca convirtió hidrógeno en electricidad. Si alguna vez compras una, te darás cuenta de que no tiene garantía, política de devolución ni vida útil prevista. Esto nos llevó a inventar una forma de comprobar la salud de la PEMFC sin introducir hidrógeno, y obtuvimos una patente al respecto. La segunda pila de combustible funcionó unas 40 horas, pero su rendimiento se degradó rápidamente durante ese tiempo. La tercera también se degradó y murió en 200 horas. Se trataba de pilas comerciales utilizadas con sumo cuidado en un laboratorio de investigación por ingenieros expertos. Dado que los coches y autobuses de demostración tampoco duran mucho, creo que sabemos por qué las pilas de combustible no van a ninguna parte. La naturaleza de la degradación es tal que no hay mucho que se pueda hacer para que la PEMFC sea más robusta. Véase la publicación de S. Page en Journal of IEEE.