Comparación empírica de diseños de campo de flujo para pilas de combustible PEM de alta temperatura basadas en etanol directo
Autores: Chowdhury, Prantik Roy; Gladen, Adam C.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Comparación empírica de diseños de campo de flujo para pilas de combustible PEM de alta temperatura basadas en etanol directo
Categoría
Energía
Subcategoría
Tecnología de combustibles
Palabras clave
Estudio
Diseños de campo de flujo
Basado en etanol directo
Membrana de intercambio de protones
Pila de combustible
Alta temperatura
Rendimiento
Concentraciones de etanol
Tasas de flujo
Polarización
Espectroscopía de impedancia
Salida de potencia de la celda
Transporte de masa
Resistencia a la transferencia de carga
Inestabilidad de voltaje
Diseño prometedor
Aplicaciones de mayor potencia
Inestabilidad del potencial de la celda
Campo de flujo híbrido
Serpentina
Sándwich de doble triángulo
Potenciales de celda
Alternativo
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Este estudio investiga experimentalmente varios diseños de campos de flujo para una celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) basada en etanol directo, operada a una temperatura superior a la temperatura de vaporización del agua. Amplía los diseños de campos de flujo investigados para celdas de combustible de etanol directo de alta temperatura (HT) al comparar cuatro diseños. Investiga el rendimiento de estos diseños a diversas concentraciones de etanol y tasas de flujo. Se llevaron a cabo una serie de experimentos de polarización, corriente constante y espectroscopia de impedancia en diferentes combinaciones de condiciones de operación. El resultado muestra que todos los campos de flujo ofrecen un rendimiento inferior a una alta concentración de etanol (6 M), independientemente de las tasas de flujo de entrada de etanol. A una baja concentración (3 M), el campo de flujo en espiral de 2 canales exhibe una mayor potencia de salida de la celda (12-18% más alta) con menos pérdida de transporte de masa y resistencia de transferencia de carga en comparación con otros campos de flujo, aunque presenta cierta inestabilidad de voltaje. Como tal, se identifica como un diseño prometedor, particularmente para aplicaciones de mayor potencia. Los campos de flujo en serpentina de 4 canales, sándwich de doble triángulo y híbrido ofrecen una potencia de salida de celda similar (potencia máxima: ~23 mW/cm) y potenciales de celda. Sin embargo, la inestabilidad del potencial de la celda y las pérdidas de transporte de masa son mayores en el campo de flujo híbrido en comparación con los otros dos diseños. Por lo tanto, no es un diseño tan prometedor para celdas de combustible HT-PEM basadas en etanol. Dado que el diseño de doble triángulo tiene un rendimiento similar al de la serpentina de 4 canales, podría ser una alternativa a la serpentina para celdas de combustible HT-PEM basadas en etanol.
Descripción
Este estudio investiga experimentalmente varios diseños de campos de flujo para una celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) basada en etanol directo, operada a una temperatura superior a la temperatura de vaporización del agua. Amplía los diseños de campos de flujo investigados para celdas de combustible de etanol directo de alta temperatura (HT) al comparar cuatro diseños. Investiga el rendimiento de estos diseños a diversas concentraciones de etanol y tasas de flujo. Se llevaron a cabo una serie de experimentos de polarización, corriente constante y espectroscopia de impedancia en diferentes combinaciones de condiciones de operación. El resultado muestra que todos los campos de flujo ofrecen un rendimiento inferior a una alta concentración de etanol (6 M), independientemente de las tasas de flujo de entrada de etanol. A una baja concentración (3 M), el campo de flujo en espiral de 2 canales exhibe una mayor potencia de salida de la celda (12-18% más alta) con menos pérdida de transporte de masa y resistencia de transferencia de carga en comparación con otros campos de flujo, aunque presenta cierta inestabilidad de voltaje. Como tal, se identifica como un diseño prometedor, particularmente para aplicaciones de mayor potencia. Los campos de flujo en serpentina de 4 canales, sándwich de doble triángulo y híbrido ofrecen una potencia de salida de celda similar (potencia máxima: ~23 mW/cm) y potenciales de celda. Sin embargo, la inestabilidad del potencial de la celda y las pérdidas de transporte de masa son mayores en el campo de flujo híbrido en comparación con los otros dos diseños. Por lo tanto, no es un diseño tan prometedor para celdas de combustible HT-PEM basadas en etanol. Dado que el diseño de doble triángulo tiene un rendimiento similar al de la serpentina de 4 canales, podría ser una alternativa a la serpentina para celdas de combustible HT-PEM basadas en etanol.