Hidrogenia

¿Cuál es el propósito de una capa de difusión de gas (GDL)?

La capa de difusión de gas (GDL) desempeña varias funciones críticas en una aplicación típica de pila de combustible y, a menudo, se integra como parte del conjunto de electrodos de membrana (MEA).
Las aplicaciones típicas que utilizan GDL consisten en pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEMFC) y pilas de combustible de metanol directo (DMFC).
Cuando un GDL está recubierto con un catalizador, se lo denomina electrodo de difusión de gas (GDE), que a veces se vende o instala por separado de la membrana o MEA. Sin embargo, actuar como electrodo es la parte fácil del GDL/GDE. ¿En qué consiste una capa de difusión de gas (GDL)? El GDL es una estructura porosa que se obtiene tejiendo fibras de carbono en una tela de carbono (por ejemplo, W1S1011 y ELAT) o presionando fibras de carbono para formar un papel de carbono (por ejemplo, Sigracet, Freudenberg y Toray). Muchos de los GDL estándar que se producen hoy en día vienen con una capa microporosa (MPL) y un tratamiento hidrofóbico (PTFE). El MPL y el PTFE ayudan en el contacto con la membrana y en la gestión del agua.
El MPL normalmente proporciona una capa suave con mucha superficie para el catalizador y buen contacto con la membrana.
El MPL a menudo utiliza PTFE como aglutinante que aumenta la hidrofobicidad, lo que ayuda a evitar que el agua dentro de la membrana se escape, secando la membrana y provocando una mayor resistencia (menor rendimiento). A menudo hay un recubrimiento de PTFE adicional en la superficie del MPL para aumentar aún más esto.

¿Qué hace exactamente una capa de difusión de gas (GDL)?

Las capas de difusión de gas actúan esencialmente como un electrodo que facilita la difusión de reactivos a través de la membrana de la capa de catalizador.
El área de superficie y la porosidad del GDL es lo que permite que los reactivos en los canales de la placa bipolar se difundan a lo largo del área activa (área del catalizador) de la membrana. Con el aumento de la superficie que proporciona el GDL, aumenta el transporte de electricidad desde cada sitio de catalizador individual en el conjunto de electrodos de membrana (MEA) hasta los colectores de corriente.
El GDL también es el componente que se encarga del control de humedad de la pila de combustible. Lo hace ayudando constantemente a eliminar el agua subproducida fuera de la capa de catalizador y evitando que las cámaras se inunden. El GDL también ayuda a mantener algo de agua en la superficie de la capa de catalizador para mejorar la conductividad en toda la membrana. También es importante tener en cuenta que el GDL también permite la transferencia de calor durante el funcionamiento de la celda. También se deben hacer consideraciones importantes con respecto a las propiedades mecánicas del material GDL, ya que a menudo se comprime total o parcialmente cuando se ensambla la pila de pilas de combustible. Esta compresión puede actuar como una especie de «resorte» para ayudar a acomodar parte de la expansión térmica que las pilas de pilas de combustible más grandes pueden experimentar en funcionamiento. En nuestro trabajo descubrimos que no había una fuente única muy buena que comparara las propiedades de los materiales GDL más comunes (y los fabricantes suelen utilizar diferentes unidades y medidas).
Hemos compilado una tabla comparativa de capas de difusión de gas de algunos de los materiales GDL más comunes para que pueda comparar rápidamente las propiedades y ayudar a decidir qué opción podría ser mejor para usted. La capa de difusión de gas (GDL) adecuada para usted dependerá de las características específicas de cómo están diseñados el hardware de su celda de combustible, los MEA y el sellado. Puede ver nuestro cuadro comparativo de GDL, aquí, para ayudar a reducir las opciones.