Una consideración de diseño competitivo y de materiales para la fabricación de placas bipolares de celdas de combustible de membrana de electrolito polimérico
Autores: Ul Hassan, Noor; Tunaboylu, Bahadir; Soydan, Ali Murat
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Una consideración de diseño competitivo y de materiales para la fabricación de placas bipolares de celdas de combustible de membrana de electrolito polimérico
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Placa bipolar
Compuestos de polímero de grafito
Técnicas de fabricación
Grafito expandido
Compuesto de polímero
Célula de combustible
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
La placa bipolar es uno de los componentes más significativos de una celda de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEM) y contribuye sustancialmente a la estructura de costos y al peso de los apilamientos. Se han reportado en la literatura varios compuestos de polímero de grafito con diferentes técnicas de fabricación. Los compuestos de grafito muestran excelentes propiedades electromecánicas y estabilidad química en entornos ácidos. La compresión y el moldeo por inyección son los métodos de fabricación más comunes que se utilizan para la producción en masa. En este estudio, se adopta un diseño y técnica de fabricación de placa bipolar competitivos con el fin de desarrollar una placa bipolar de compuesto de polímero de grafito expandido (EG) de bajo costo y ligero para una celda de combustible PEM de respiración de aire. Se diseñan moldes de corte para cortar canales de flujo de combustible en láminas delgadas de grafito expandido (EG) (0.6 mm de grosor). Tres láminas separadas, con las texturas de los canales de flujo eliminadas, se pegan entre sí con un epoxi conductor comercial para construir una sola placa bipolar. El producto final tiene una densidad de 1.79 g/cm. Una placa bipolar con un área activa de 20 cm pesa solo 11.38 g. Se estima que el costo de fabricación es de 7.77 $/kWe, y se logra un tiempo total de fabricación de 2 minutos/placa con fabricación a escala de laboratorio. Se obtiene un valor de resistencia a la flexión de 29 MPa con el método de flexión en tres puntos. Se mide una resistencia total de 22.3 miliohmios.cm para la placa bipolar de tres capas. Presumimos que el diseño y el proceso de fabricación sugeridos pueden ser una alternativa competitiva para la producción a pequeña escala, así como para la producción en masa de placas bipolares.
Descripción
La placa bipolar es uno de los componentes más significativos de una celda de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEM) y contribuye sustancialmente a la estructura de costos y al peso de los apilamientos. Se han reportado en la literatura varios compuestos de polímero de grafito con diferentes técnicas de fabricación. Los compuestos de grafito muestran excelentes propiedades electromecánicas y estabilidad química en entornos ácidos. La compresión y el moldeo por inyección son los métodos de fabricación más comunes que se utilizan para la producción en masa. En este estudio, se adopta un diseño y técnica de fabricación de placa bipolar competitivos con el fin de desarrollar una placa bipolar de compuesto de polímero de grafito expandido (EG) de bajo costo y ligero para una celda de combustible PEM de respiración de aire. Se diseñan moldes de corte para cortar canales de flujo de combustible en láminas delgadas de grafito expandido (EG) (0.6 mm de grosor). Tres láminas separadas, con las texturas de los canales de flujo eliminadas, se pegan entre sí con un epoxi conductor comercial para construir una sola placa bipolar. El producto final tiene una densidad de 1.79 g/cm. Una placa bipolar con un área activa de 20 cm pesa solo 11.38 g. Se estima que el costo de fabricación es de 7.77 $/kWe, y se logra un tiempo total de fabricación de 2 minutos/placa con fabricación a escala de laboratorio. Se obtiene un valor de resistencia a la flexión de 29 MPa con el método de flexión en tres puntos. Se mide una resistencia total de 22.3 miliohmios.cm para la placa bipolar de tres capas. Presumimos que el diseño y el proceso de fabricación sugeridos pueden ser una alternativa competitiva para la producción a pequeña escala, así como para la producción en masa de placas bipolares.