Construyendo un diseño Micro DMFC
Esta publicación de blog incluye una introducción rápida a la celda de combustible, una lista de piezas y un diseño para una celda de combustible de 1 cm x 1 cm (área activa). Este resumen fue elaborado principalmente para estudiantes interesados en la investigación de pilas de combustible. La Figura 1 presenta un resumen de las dimensiones y características básicas de la mayoría de las pilas de pilas de combustible MEM en la literatura.
Figura 1. Resumen rápido de las pilas de Micro DMFC en la literatura
En la figura se ilustra un MEA de celda de combustible completo y tiene aproximadamente 1 mm de espesor.
Figura 2. MEA de pila de combustible completado
Diseño de placa de campo de flujo
La placa de campo de flujo ideal debería ser económica y fácil de fabricar. Nuestro diseño inicial utilizará silicio. El material ideal de la placa de campo de flujo tiene alta conductividad y una estructura rígida. Las generaciones futuras de placas de campo de flujo para celdas de combustible MEM deberían usar PVC, polietileno o policarbonato, y una capa delgada y no corrosiva de oro u otro metal no corrosivo pulverizado sobre los canales de flujo, campos de flujo de láminas metálicas o campos de flujo de tela de carbono. La Figura 3 presenta un ejemplo de un diseño de placa de campo de flujo para una pila de DMFC que respira aire. Los canales de flujo de oxidante también pueden utilizar un diseño de placa de campo de flujo serpentino, pero es posible que se necesite una bomba para llevar suficiente oxígeno a la celda de combustible. Si se utiliza oxígeno puro, el diseño serpentino funciona bien.
Figura 3. Diseño de placa de campo de flujo para canales de flujo de aire y metanol para un DMFC
Selección de juntas
Para la pequeña pila de respiración de aire presentada anteriormente, se utilizará una junta de silicona de 0,005”. La junta se coloca alrededor de los campos de flujo junto a las capas de electrodo/difusión para crear un sello que evite fugas de gas. Estas piezas se deben cortar y hacer para que encajen alrededor del MEA y los campos de flujo como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Juntas, placa terminal y MEA para DMFC
Platos finales
Las placas finales pueden estar hechas de metal, polímero o varios otros materiales para mantener la pila en su lugar cuando se sujeta mediante tuercas y pernos o algún otro dispositivo de sujeción. Las juntas y los colectores de corriente metálicos se pueden colocar/conectar a la parte superior de la placa final como se muestra en la Figura 4. Usaremos un material de PVC transparente para las placas finales.
Coleccionistas actuales
Los colectores de corriente metálicos pueden estar hechos de cualquier tipo de metal conductor y están asentados en las placas finales para recolectar los electrones. Los materiales más utilizados incluyen estaño, latón, aluminio y muchos otros tipos de metales. Los electrodos metálicos no deben colocarse cerca del MEA. Para esta pila de combustible se utilizará una lámina de aleación de níquel.
Armando la pila de combustible
Para una configuración de pila bipolar, después de que se hayan diseñado o seleccionado los MEA, las placas del campo de flujo, las placas finales y las juntas; el siguiente paso es simplemente juntar la pila. La selección de pernos de sujeción u otro método utilizado para sujetar la pila es sencilla. Evidentemente los pernos o abrazaderas no pueden ser metálicos porque deben estar aislados de la corriente eléctrica en las placas del campo de flujo. Para pilas pequeñas, los tornillos o pernos de nailon funcionan bien, pero existe una variedad de materiales y métodos que se pueden utilizar para sujetar la pila. Las piezas de una pila de DMFC que respira aire muy básica se muestran en la Figura 5.
Figura 5. Piezas de la pila de pila de combustible con respiración de aire única
La Figura 6 muestra las capas de la pila de pilas de combustible cuando está ensamblada.
Figura 6. Placas de extremo y de campo de flujo, juntas, colectores de corriente y MEA para una pila de una sola celda
Los materiales que se necesitarán para armar la pila se enumeran en la Tabla 1 y se pueden comprar en un sitio web de suministros de ingeniería. Estos materiales y piezas fueron seleccionados por su bajo costo y facilidad de disponibilidad. Las piezas y materiales enumerados en la Tabla 1 son suficientes para muchas pilas de pilas de combustible pequeñas.
Tabla 1. Piezas de la pila de combustible Micro DMFC
La Tabla 2 resume las dimensiones de la pila de pilas de combustible y la Tabla 3 resume la longitud de la pila. En futuros modelos será fácil reducir drásticamente las dimensiones de la pila.
Tabla 2. Dimensiones de la pila DMFC
Tabla 3. Longitud de la pila DMFC
La Figura 7 muestra las dimensiones generales de la placa del campo de flujo de la pila de combustible. La Tabla 4 muestra las dimensiones del campo de flujo para la Figura 7.
Figura 7. Dimensiones generales de la placa del campo de flujo
Tabla 4. Dimensiones del canal DMFC
