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La función principal de un potenciostato de pila de combustible es medir la corriente eléctrica y el voltaje de una celda de combustible mientras está funcionando y, además, proporcionar un control preciso sobre el potencial eléctrico aplicado a la celda. Por lo tanto, este dispositivo es un pilar de las pruebas de celdas de combustible, pero también de los sistemas de control utilizados en el funcionamiento real.
El potenciostato de celda de combustible permite a los investigadores e ingenieros estudiar diferentes cargas de prueba de celdas de combustible en diversas condiciones de funcionamiento, con el fin de optimizar el diseño de la celda de combustible.
El potenciostato, que forma parte importante de una estación de prueba de celdas de combustible, se utiliza para controlar el potencial eléctrico aplicado a una celda de combustible, mientras que el galvanostato se utiliza para controlar la corriente eléctrica aplicada a una celda de combustible. Ambos instrumentos se utilizan para estudiar el rendimiento de las celdas de combustible, pero funcionan en modos diferentes. Con el objetivo de medir la densidad energética de una celda de combustible, los diseños de potenciostatos deben integrarse y adaptarse en consecuencia. Esto se hace a menudo combinando el potenciostato y el galvanostato en una sola unidad. La densidad energética de la celda de combustible se deriva entonces de las entradas tanto de potencial como de corriente en tiempo real.
En una pila de combustible se pueden regular dos modos: el modo catódico y el modo anódico. El modo catódico se refiere a la reacción de reducción que se produce en el cátodo, mientras que el modo anódico se refiere a la reacción de oxidación que se produce en el ánodo. Al controlar el potencial eléctrico aplicado a la pila de combustible, el potenciostato puede regular la velocidad de estas reacciones y estudiar su efecto en el rendimiento general de la pila de combustible.
Modos de funcionamiento de un potenciostato de pila de combustible
Hay varios modos de funcionamiento diferentes en los que puede operar un potenciostato, incluidos voltaje de circuito abierto (OCV), amperometría de resistencia cero (ZRA) y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS).
- En el modo OCV, el potenciostato mide el voltaje de circuito abierto de la celda de combustible, que es el voltaje que atraviesa la celda cuando no fluye corriente. Esto puede proporcionar información sobre el rendimiento general de la celda y la eficiencia de las reacciones que ocurren dentro de ella.
- En el modo ZRA, el potenciostato mide la corriente eléctrica que fluye a través de la celda de combustible a medida que el potencial eléctrico varía en un amplio rango. Esto puede proporcionar información sobre la velocidad de las reacciones que ocurren en el ánodo y el cátodo y la eficiencia general de la celda de combustible.
- En el modo EIS, el potenciostato aplica una pequeña señal de CA a la celda de combustible y mide la impedancia eléctrica de la celda en función de la frecuencia. Esto puede proporcionar información sobre los procesos eléctricos y químicos que ocurren dentro de la celda y puede ayudar a los investigadores a identificar problemas o limitaciones en el diseño de la celda.
Especificaciones clave
Medir la impedancia de las pilas de combustible
Para entender cómo funciona una pila de combustible y cómo se puede medir la impedancia utilizando una carga eléctrica, es útil comprender los principios básicos del funcionamiento de las pilas de combustible.
En una pila de combustible, dos electrodos (el ánodo y el cátodo) están separados por un electrolito. Se suministra un combustible, como hidrógeno o metanol, al ánodo, donde experimenta una reacción de oxidación para producir protones y electrones. Los protones se transportan a través del electrolito hasta el cátodo, donde reaccionan con el oxígeno y los electrones para producir agua.
A medida que los protones y electrones se generan en el ánodo, fluyen a través de un circuito externo, generando una corriente eléctrica. Esta corriente se puede medir utilizando un potenciostato, que aplica un potencial eléctrico controlado a la pila de combustible y mide la corriente resultante.
La impedancia es una medida de la resistencia al flujo de corriente eléctrica en un circuito. Se puede medir utilizando una carga eléctrica, que es un dispositivo que consume energía eléctrica y genera una corriente y un voltaje mensurables. Para medir la impedancia de una pila de combustible mediante una carga eléctrica, el potenciostato aplica una pequeña señal de CA a la pila y mide la corriente y el voltaje resultantes. Luego, la impedancia de la pila de combustible se calcula a partir de la relación entre el voltaje y la corriente. Esto puede proporcionar información valiosa sobre el rendimiento de la pila de combustible y la eficiencia de las reacciones que ocurren en su interior. Un potenciostato integrado puede suministrar estos datos al controlador de la pila de combustible de forma continua durante el funcionamiento.
El rango de potencial que se debe seleccionar para las aplicaciones de pilas de combustible depende de los requisitos específicos de la aplicación y del tipo de pila de combustible que se utilice. En general, los potenciostatos que pueden manejar una amplia gama de potenciales son más versátiles y se pueden utilizar en una gama más amplia de aplicaciones.
Resumen
El potenciostato de la pila de combustible es una parte importante de la instrumentación necesaria para estudiar y optimizar el rendimiento de las pilas de combustible. Permite a los investigadores e ingenieros controlar y medir el potencial eléctrico aplicado a la pila y estudiar las reacciones y procesos resultantes que ocurren dentro de la misma. Al seleccionar un potenciostato para aplicaciones de pilas de combustible, es importante tener en cuenta especificaciones clave como la precisión, el alcance y la fiabilidad, así como otros factores, como la interfaz de usuario y el coste. Un potenciostato/galvanostato combinado para pilas de combustible suele estar integrado en sistemas de prueba de pilas de combustible que abarcan una variedad de equipos de monitorización dentro de una única unidad de sobremesa rentable.
Última actualización: 04.04.2023