- ¿Qué son las placas bipolares de las pilas de combustible?
- ¿Cuál es la función principal de las placas de las pilas de combustible en una pila?
- ¿Qué tipo de placas se utilizan en las pilas de combustible?
- ¿Qué materiales se utilizan para las placas bipolares de las pilas de combustible?
- Vea también el vídeo educativo sobre la formación de placas bipolares
- ¿Cuáles son los criterios de rendimiento clave de las placas bipolares?
- ¿Cómo se comparan las placas bipolares de metal con las placas bipolares de carbono?
- ¿Cuáles son los diferentes principios de diseño de los canales?
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¿Qué son las placas bipolares para pilas de combustible?
Las placas bipolares son un componente clave en una pila de combustible. Están hechas de grafito o metal y separan cada celda individual. Una placa bipolar es un componente muy plano con canales de filigrana que se aplican a la superficie de la placa. En las pilas actuales, una placa bipolar consta de dos placas individuales (ánodo y cátodo) que están firmemente conectadas entre sí. El hidrógeno se distribuye en la pila en el ánodo, el oxígeno y el agua como producto final en el cátodo. Un medio de refrigeración para el control de la temperatura de las celdas individuales se dirige entre las placas individuales unidas. Cuanto más delgadas sean las placas y más filigrana sea la estructura del canal, mayor será la eficiencia de toda la pila de combustible. Las placas bipolares de celdas de combustible de última generación en el mercado tienen entre 0,05 mm y 0,1 mm de espesor. Una pila de celdas de combustible instalada en plantas de electrólisis y celdas de combustible está compuesta por 400 a 500 placas bipolares individuales. Existen muchas tecnologías diferentes para la producción de placas bipolares según los materiales y las aplicaciones. Varían en términos de tiempo de ciclo, filigrana del campo de flujo y costos.
¿Cuál es la función principal de las placas de las pilas de combustible en una pila?
Como sugiere el término "bi", la placa bipolar actúa como los dos polos de la pila de combustible. Estos polos son la placa del ánodo, que contiene H2, con carga negativa, y la placa del cátodo, que contiene O2, con carga positiva. Por un lado, las placas bipolares dan estructura a la pila y, por otro, son responsables de la distribución uniforme de los gases en la propia pila. Además, el producto final, el agua, debe eliminarse a través de los canales y las placas bipolares están diseñadas para establecer el contacto eléctrico con la pila. Además, la placa es responsable del control de la temperatura de la pila. La refrigeración se consigue normalmente mediante canales de flujo llenos de agua o aire. Por último, pero no por ello menos importante, las placas bipolares conectan las distintas celdas de la pila y separan las MEA entre sí.
Una placa bipolar metálica de pila de combustible de Cellform
¿Qué tipo de placas se utilizan en las pilas de combustible?
Existen varios tipos de placas bipolares que difieren en material y forma. Debido al escaso aumento de la eficiencia y a la falta de métodos de producción de placas bipolares metálicas competitivas, en el pasado predominó la placa bipolar de grafito. Sin embargo, éstas presentan una desventaja decisiva en las aplicaciones técnicas en lo que respecta a la eficiencia volumétrica y gravimétrica en comparación con el diseño de las placas bipolares metálicas. Por ello, las placas bipolares metálicas de acero para pilas de combustible son muy demandadas en el mercado. Debido a las características corrosivas del material metálico, las placas bipolares metálicas se recubren con diversas sustancias, como el nitruro de cromo. A menudo se aplican mediante un proceso de tratamiento termoquímico.
¿Qué materiales se utilizan para las placas bipolares de las pilas de combustible?
El requisito más importante para el material es una excelente conductividad eléctrica, que no disminuya significativamente a lo largo de la vida útil de los componentes. Los materiales del sustrato suelen ser grafito o metal. Existe una amplia gama de materiales de sustrato diferentes clasificados como sustratos de tipo metálico o no metálico. Los sustratos metálicos, por ejemplo, son de acero inoxidable, titanio o aluminio. Los distintos materiales ofrecen diferentes propiedades y ventajas para la funcionalidad de las placas. Dependiendo de la aplicación, ciertos materiales son más adecuados que otros.
Por favor, vea también el video educativo sobre el formado de placas bipolares
¿Cuáles son los criterios clave de rendimiento de las placas bipolares?
Una placa bipolar en combinación con la MEA es responsable de la eficiencia de la pila. Sin embargo, una característica clave del rendimiento es la eficiencia de la pila en funcionamiento continuo. Dado que la placa bipolar se instala varios cientos de veces por pila, también existe una gran necesidad de placas bipolares que puedan fabricarse de forma económica y rápida en un proceso de producción en serie. Como ya se ha dicho, cuanto más finas sean las placas y más filigrana sea la estructura de los canales, mayor será la eficiencia de toda la pila de combustible. Esto también se traduce en un componente ligero, al utilizar menos material. Además, la durabilidad de las placas de las pilas de combustible tiene una importancia decisiva para el futuro desarrollo de la tecnología del hidrógeno.
¿Cómo se comparan las placas bipolares metálicas con las placas bipolares de carbono?
En la mayoría de las aplicaciones actuales, las placas metálicas deben revestirse para soportar varios miles de horas de funcionamiento en la pila. Ya existe un gran número de soluciones que se mejoran constantemente. Las placas de carbono para pilas de combustible no requieren un material de revestimiento adicional. Sin embargo, en términos de coste, peso y volumen, la placa metálica tiene una gran ventaja sobre la placa de carbono. A medida que aumenta el número de unidades, los precios de las placas bipolares metálicas disminuyen mucho más que los de las placas de carbono para pilas de combustible. Las economías de escala son más fáciles de conseguir utilizando el metal como material de elección para fabricar placas bipolares para pilas de combustible.
Placas bipolares metálicas de pilas de combustible apiladas
¿Cuáles son los diferentes principios de diseño de los canales?
Los principios de diseño de los canales de placas bipolares aún no están definidos y se irán mejorando continuamente. Sin embargo, durante el proceso de diseño se deben tener en cuenta ciertos parámetros específicos. La mayoría de los fabricantes aspiran a un paso de canal pequeño, radios más agudos y una distribución uniforme de la materia prima. Esto produce una mayor eficiencia general debido a un mayor amperaje y un ahorro de peso. En cuanto a los canales de refrigeración, en las placas bipolares de las pilas de combustible de última generación se utiliza agua o aire.
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Ultima actualización: 07.07.2023