Optimizando la Tasa de Flujo de Metanol para Mejorar el Rendimiento de Celdas de Combustible de Metanol Directo Mini-Semi-Pasivas
Autores: Faria, Laura; Barragán, Vicenta María
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimizando la Tasa de Flujo de Metanol para Mejorar el Rendimiento de Celdas de Combustible de Metanol Directo Mini-Semi-Pasivas
Categoría
Energía
Subcategoría
Tecnología de combustibles
Palabras clave
Celdas de combustible
Metanol
Rendimiento
Concentración
Tasa de flujo
Temperatura
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Las celdas de combustible de metanol directo (DMFC) operan típicamente en modo pasivo, donde el metanol se distribuye a través del ensamblaje de electrodos de membrana mediante difusión natural. Las concentraciones habituales de metanol varían del 1% al 5% en peso (wt.%), aunque esto puede variar dependiendo de la configuración y aplicación específicas. En este trabajo, se ha analizado el efecto de un sistema de bombeo adicional para suministrar el metanol variando la tasa de flujo de metanol dentro del rango de la bomba. Para ello, se llevó a cabo un estudio experimental paramétrico para estudiar la influencia de la temperatura (25-40 grados C), concentración (0.15-6 wt.% de metanol en agua) y la tasa de flujo de metanol (1.12-8.65 g/s) en el rendimiento de una sola celda de combustible de metanol directo mini (DMFC) operando en modo semi-pasivo con un cátodo pasivo y un ánodo activo. Se analizaron el voltaje en circuito abierto, la densidad de potencia máxima y la eficiencia de la celda. A tal efecto, se midieron el voltaje en circuito abierto y las curvas de corriente-voltaje en diferentes condiciones experimentales. Los resultados indican que la temperatura es el parámetro más decisivo para aumentar el rendimiento de la DMFC. Para todas las concentraciones de metanol y tasas de flujo, el rendimiento mejora con temperaturas de operación más altas. Sin embargo, el impacto de la concentración y la tasa de flujo depende de los otros parámetros. La concentración óptima de operación fue del 1% en peso. A esta concentración, se logró una potencia máxima de 14.2 mW a 40 grados C con un flujo de metanol de 7.6 g/s. En estas mismas condiciones, la celda también alcanzó su máxima eficiencia del 23%. Los resultados muestran que el cambio de modo pasivo a semi-pasivo generalmente aumenta el voltaje en circuito abierto y la potencia máxima, mejorando así el rendimiento de la celda de combustible, probablemente debido a la distribución uniforme mejorada del reactante en modo semi-pasivo. Sin embargo, aumentos adicionales en la tasa de flujo llevaron a una disminución en el rendimiento, probablemente debido al efecto de cruce de metanol. Se observa una tasa de flujo óptima de metanol, dependiendo de la temperatura y concentración del flujo de metanol.
Descripción
Las celdas de combustible de metanol directo (DMFC) operan típicamente en modo pasivo, donde el metanol se distribuye a través del ensamblaje de electrodos de membrana mediante difusión natural. Las concentraciones habituales de metanol varían del 1% al 5% en peso (wt.%), aunque esto puede variar dependiendo de la configuración y aplicación específicas. En este trabajo, se ha analizado el efecto de un sistema de bombeo adicional para suministrar el metanol variando la tasa de flujo de metanol dentro del rango de la bomba. Para ello, se llevó a cabo un estudio experimental paramétrico para estudiar la influencia de la temperatura (25-40 grados C), concentración (0.15-6 wt.% de metanol en agua) y la tasa de flujo de metanol (1.12-8.65 g/s) en el rendimiento de una sola celda de combustible de metanol directo mini (DMFC) operando en modo semi-pasivo con un cátodo pasivo y un ánodo activo. Se analizaron el voltaje en circuito abierto, la densidad de potencia máxima y la eficiencia de la celda. A tal efecto, se midieron el voltaje en circuito abierto y las curvas de corriente-voltaje en diferentes condiciones experimentales. Los resultados indican que la temperatura es el parámetro más decisivo para aumentar el rendimiento de la DMFC. Para todas las concentraciones de metanol y tasas de flujo, el rendimiento mejora con temperaturas de operación más altas. Sin embargo, el impacto de la concentración y la tasa de flujo depende de los otros parámetros. La concentración óptima de operación fue del 1% en peso. A esta concentración, se logró una potencia máxima de 14.2 mW a 40 grados C con un flujo de metanol de 7.6 g/s. En estas mismas condiciones, la celda también alcanzó su máxima eficiencia del 23%. Los resultados muestran que el cambio de modo pasivo a semi-pasivo generalmente aumenta el voltaje en circuito abierto y la potencia máxima, mejorando así el rendimiento de la celda de combustible, probablemente debido a la distribución uniforme mejorada del reactante en modo semi-pasivo. Sin embargo, aumentos adicionales en la tasa de flujo llevaron a una disminución en el rendimiento, probablemente debido al efecto de cruce de metanol. Se observa una tasa de flujo óptima de metanol, dependiendo de la temperatura y concentración del flujo de metanol.