Tabla de contenidosexpand_more
- ¿Cuál es el propósito de las pruebas de apilamiento de pilas de combustible?
- ¿Qué tipo de pruebas se suelen realizar en qué fase de desarrollo?
- ¿Qué criterios se prueban generalmente en una prueba de pila de combustible?
- ¿Qué son las pruebas de estrés acelerado (AST)?
- ¿Qué son las pruebas de ciclo de vida?
- ¿Qué es un plan e informe de validación del diseño (DVP&R)?
- ¿Qué son las pruebas de arranque por congelación (FSU) (-30 °C)?
- ¿Qué son las pruebas de congelación-descongelación?
- ¿Qué es una caracterización a subescala?
- ¿Qué son las pruebas unicelulares?
- ¿Qué es la prueba de pila corta?
- ¿Qué es la prueba de pila completa?
- ¿Qué son las pruebas de fugas?
- ¿Qué es la prueba de fugas?
- ¿Qué son las pruebas de degradación?
- ¿Qué son las pruebas ex situ?
- ¿Qué es la evaluación comparativa de pilas y células?
- ¿Cómo afecta el entorno operativo al tipo de pruebas realizadas y a los requisitos que debe cumplir una pila de combustible?
- ¿Cuáles son las normas recomendadas por la industria de las pilas de combustible para las pruebas del estado del arte de un apilamiento de pilas de combustible?
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¿Cuál es el objetivo de las pruebas de apilamiento de pilas de combustible?
Las pruebas de pilas de combustible pueden tener diversos objetivos.
- Caracterización de los componentes y materiales de la pila de combustible (catalizador, membrana, GDL, etc.) para determinar el área superficial efectiva del catalizador (ECSA), el tamaño de partícula/factor de rugosidad, etc.
- Determinación de parámetros de subescala para las entradas del modelo (coeficiente de transferencia/alfa-n, constante de velocidad empírica/ko, orden de reacción/g, etc.).
- Pruebas de rendimiento (curva de polarización desde cero carga (OCV/voltaje de circuito abierto) hasta carga completa (densidad de corriente máxima).
- Pruebas de robustez: funcionamiento de la pila en condiciones de frío (calentamiento), frío (bajo cero) o calor, o con contaminación u otras condiciones fuera de especificación (secas, inundadas, etc.).
- Pruebas de ciclo de accionamiento: para determinar cómo se comporta una pila en un ciclo de accionamiento determinado (perfil de carga, degradación, aplicación específica).
¿Qué tipo de pruebas se suelen realizar en qué fase de desarrollo?
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- A nivel de concepto, se realizan principalmente pruebas a escala reducida para caracterizar los materiales.
- A nivel de prototipo, se realizan pruebas con pilas pequeñas (pilas de 10 o 20 celdas) para realizar pruebas de rendimiento y de robustez.
- En fases de muestra más maduras, se realizan pruebas con pilas de tamaño completo para el funcionamiento del ciclo de accionamiento, la verificación/validación del diseño y las pruebas específicas del cliente (para una aplicación determinada).
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Laboratorio de pruebas de pilas de combustible en AVL Fuel Cell Canada
¿Qué criterios se prueban generalmente en una prueba de apilamiento de pilas de combustible?
Datos generales de salida para pruebas de pilas de combustible son:
- Voltaje medio de celda (ACV) en un rango de carga completa (curvas pol)
- Resultados de sensibilidad (variación de presión, temperatura, humedad relativa, estequiometría, etc.).
- Degradación (microvoltios/celda/hora).
- Parámetros (ECSA, alpha-n, ko, g…)
¿Qué son las pruebas de estrés acelerado (AST)?
- Objetivo: aplicar estresores a la pila de manera acelerada para reducir el tiempo total de prueba.
- Método de prueba: Varía (p. ej., prueba OCV, ciclos SU/SD, funcionamiento en condiciones calientes/secas, etc.)
- Equipo necesario: Estación de prueba de celdas de combustible
¿Qué son las pruebas de ciclo de vida (LCT)?
- Objetivo: Imitar un ciclo de conducción real para aplicar estresores realistas a la pila para estimar su vida útil.
- Método de prueba: Requerir datos reales de la aplicación para aplicarlos a la pila (ciclo de carga, curvas de potencia, condiciones ambientales, etc.).
- Equipo necesario: Estación de prueba de celdas de combustible con capacidad de ciclo de carga programable.
¿Qué es un Plan de Validación de Diseño & Informe (DVP&R)?
- Objetivo: Validar (y verificar) el diseño de la chimenea.
- Método de prueba: Un conjunto completo de pruebas para demostrar que la chimenea cumple con todos sus requisitos.
- Equipo necesario: Estaciones de prueba (AST/LCT), cámara de congelación, mesa vibratoria, etc.
Qué son las pruebas de arranque por congelación (FSU) (-30 °C)?
- Objetivo: Probar la capacidad de la pila para arrancar y funcionar a temperaturas bajo cero.
- Método de prueba: Utilizar un protocolo específico de la FSU (incluida la purga del sistema y de la pila) para la FSU de la pila.
- Equipo necesario: Estación de prueba de celdas de combustible y cámara de congelación.
¿Qué son las pruebas de congelación-descongelación?
- Objetivo: Verificar los efectos del agua de congelación y descongelación en la chimenea (fuera de funcionamiento).
- Método de prueba: Realizar un ciclo de la chimenea entre condiciones de congelación y condiciones ambientales.
- Equipo necesario: Cámara de congelación.
¿Qué es una caracterización a subescala?
- Objetivo: Caracterización de materiales y parámetros de muestras a pequeña escala (área activa de 10 a 50 cm2).
- Método de prueba: Voltamperometría cíclica/CV, SEM, TEM, EDS/EDX, FIB, voltaje de celda libre de IR de 0,9 V,…
- Equipo necesario: Estación de prueba a subescala, SEM, TEM, EDX/EDX, FIB.
¿Qué es el ensayo monocelular?
- Objetivo: Rendimiento y caracterización de una sola celda
- Método de prueba: Probar una celda unitaria (tamaño completo) para determinar la eficiencia de la pila de combustible.
- Equipo necesario: Estación de prueba de una sola celda o pila corta.
¿Qué es la prueba de pila corta?
- Objetivo: ejecutar pilas con 10 o 20 celdas (pol, AST, LCT, pruebas de sensibilidad, etc.)
- Método de prueba: ejecutar las mismas pruebas que para una pila de tamaño completo, pero con una pila corta (especialmente si se necesitan pruebas de degradación o daño/destructivas, usar pilas cortas es mejor solo por razones de costo).
- Equipo necesario: estación de prueba de pila corta.
¿Qué es la prueba de pilas de tamaño completo?
- Objetivo: Operación de una pila de tamaño completo (50-500+ celdas) para caracterización, verificación y validación. Puede verificar los efectos del cabezal, la inclinación y otros factores que no son posibles en las pruebas de pila corta.
- Método de prueba: Ejecute el módulo de tamaño completo en una estación de prueba bajo las condiciones especificadas.
- Equipo requerido: Estación de prueba de pila de tamaño completo (50-150+ kW).
¿Qué son las pruebas de estanqueidad?
- Finalidad: Determinar si la chimenea tiene fugas de combustible/Fx (hidrógeno), oxidante/Ox (aire) o refrigerante/Cx (agua desionizada o agua-etilenglicol).
- Método de prueba: Probar cada circuito individualmente (total externo, Fx externo, Ox externo, Cx externo, Fx->Ox interno, Fx->Cx interno, Ox->Cx interno).
- Equipo necesario: Estación de prueba de fugas.
¿Qué son las pruebas de purga, arranque y parada?
- Objetivo: determinar si una celda (o celdas) tiene fugas, efecto de cortocircuito u otro daño.
- Método de prueba: controlar la purga de la celda desde el funcionamiento hasta cero voltios utilizando el sistema de monitoreo de voltaje de celda (CVM).
- Equipo necesario: estación de prueba con capacidad de registro de CVM.
¿Qué son las pruebas de degradación?
- Objetivo: Ejecutar pruebas específicas (AST, LCT,…) y determinar la degradación del rendimiento de la pila. Pueden ser pruebas largas para caracterizar completamente la degradación.
- Método de prueba: Ejecutar las condiciones especificadas y monitorear el voltaje de la pila, así como los voltajes de las celdas a lo largo del tiempo.
- Equipo necesario: Estación de prueba de pila con capacidad de registro CVM.
¿Qué son las pruebas Ex-Situ?
- Objetivo: Las pruebas ex situ consisten en examinar muestras más pequeñas fuera de la pila de combustible.
- Método de prueba: Puede ser cualquier método de laboratorio (óptico, SEM, TEM, EDS/EDX, FIB, etc.).
- Equipo necesario: Equipo de laboratorio para realizar la prueba especificada.
¿Qué es el Stack & Cell Benchmarking?
- Objetivo: La evaluación comparativa consiste en comparar una pila con otra (o un fabricante con otro).
- Método de prueba: ejecutar ambas pilas (o varias) en las mismas condiciones para compararlas.
- Equipo necesario: estaciones de prueba de pilas de combustible.
¿Cómo afecta el entorno operativo al tipo de pruebas realizadas y a los requisitos que debe cumplir una pila de combustible?
Las diferentes aplicaciones de la tecnología de pilas de combustible tienen diferentes entornos operativos. Una pila en un rompehielos puede tener que lidiar con temperaturas bajo cero y fuertes golpes y vibraciones. Una pila en un vehículo para dunas del desierto puede tener que lidiar con altas temperaturas y la entrada de polvo. Los componentes y materiales de las pilas de combustible utilizados en cada aplicación deben probarse en sus respectivas condiciones ambientales.
¿Cuáles son los estándares de la industria de celdas de combustible recomendados para las pruebas de pilas de combustible de última generación?
Cada aplicación de la tecnología de celdas de combustible tendrá su propio conjunto de estándares de la industria que se deben cumplir. Algunas industrias ya tienen estándares avanzados para celdas de combustible (industria automotriz), mientras que otras son nuevas en el campo de las celdas de combustible y tienen muy pocos estándares (industria marina). Cada región diferente también tendrá su propio conjunto de estándares que requieren certificación (por ejemplo, Europa, América del Norte, Japón, China, etc.).
Contenido aportado por AVL Fuel Cell Canada
AVL Fuel Cell Canada realiza el desarrollo de celdas de combustible PEM (membrana de intercambio de protones) de vanguardia para todas las aplicaciones, incluidas las automotrices, de servicio pesado y marinas. Aprovechamos el conocimiento de los mejores expertos en celdas de combustible para nuestros clientes. Trabajamos con los principales fabricantes de equipos originales (OEM) con el objetivo de desarrollar o mejorar los diseños de pilas de combustible PEM. Ofrecemos servicios de prueba de celdas de combustible PEM de última generación, que incluyen pruebas de rendimiento, degradación y caracterización de acuerdo con los estándares de prueba internacionales.
Última actualización: 15.01.2023