Predicción de la condensación de agua líquida en pilas de combustible de membrana de intercambio de protones mediante el acoplamiento de CFD con modelos 1D

Las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones son una tecnología prometedora para aplicaciones de transporte futuras. Sin embargo, los procedimientos de arranque que no están optimizados para bajas temperaturas pueden llevar a la falla temprana de las celdas. Los modelos CFD detallados pueden apoyar la optimización de los procedimientos de arranque en frío, pero a menudo no se pueden resolver de manera estable debido a su complejidad. Los modelos unidimensionales (1D) se pueden calcular rápidamente, pero están simplificados de manera que el comportamiento de las celdas ya no se puede determinar con precisión. En esta contribución, se realiza un acoplamiento entre un modelo CFD 2D de los canales de gas y un modelo 1D del Conjunto de Electrodos de Membrana (MEA). Este método permite no solo determinar la ubicación y la cantidad de agua condensada, sino también calcular la concentración exacta de los gases reactantes a lo largo de los canales. Las investigaciones muestran que las concentraciones de los gases y las humedades relativas en los canales de gas están fuertemente influenciadas por la densidad de corriente. Se ha encontrado que no es posible evitar la formación de agua líquida a bajas temperaturas de operación controlando la densidad de corriente.