PROCEDIMIENTO DE UTILIZACIÓN DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE QUE INCORPORA UNA ETAPA DE REGENERACIÓN POR REBAJAMIENTO DE LA TEMPERATURA.

Procedimiento de utilización de una pila de combustible (1), que comprende al menos una etapa de regeneración de las prestaciones de la pila (1),

procedimiento caracterizado porque la etapa de regeneración comprende, durante un tiempo predefinido, un rebajamiento de la temperatura de la pila de combustible (1) por debajo de una temperatura nominal de funcionamiento, permaneciendo alimentada una carga eléctrica por la pila (1) el tiempo que dure el rebajamiento de la temperatura

Ámbito técnico de la invención 5

La invención concierne a un procedimiento de utilización de una pila de combustible, que comprende al menos una etapa de regeneración de las prestaciones de la pila.

Estado de la técnica 10

Las pilas de combustible son sistemas electroquímicos que permiten convertir una energía química en electricidad. Para las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones («Proton Exchange Membrane Fuel Cell»), la energía química se materializa en forma de 15 hidrógeno gaseoso. La pila de combustible se subdivide entonces en dos compartimentos (uno alimentado con hidrógeno y alimentado el otro con oxígeno) separados por una membrana de intercambio de protones. En el ánodo, los protones provenientes de la reacción de oxidación del 20 hidrógeno atraviesan la membrana, mientras que los electrones tienen que pasar por un circuito eléctrico externo para alcanzar el cátodo, donde se produce la reacción de reducción del oxígeno.

Así pues, siempre que se alimente la pila con 25 hidrógeno y con oxígeno, es posible obtener una corriente eléctrica directamente proporcional a la cantidad de gas consumido.

Sin embargo, en el transcurso de su funcionamiento, las prestaciones de las pilas de combustible disminuyen 30 lentamente y de manera constante a lo largo de varias centenas de horas. Esta disminución es del orden de 30 a 150 μV/h para una corriente fijada a una duración de, por ejemplo, 1500 horas. La disminución de la tensión en bornes de la pila de combustible, ilustrada mediante la 35 curva A de la figura 1, es representativa de esta pérdida de rendimiento.

Esta disminución de las prestaciones está ligada en particular con un control inadecuado de la gestión del agua en una pila de combustible de membrana de intercambio 5 de protones.

En efecto, si la membrana se deseca, su resistencia aumenta y las prestaciones de la pila van a verse mermadas. Si una corriente eléctrica intensa atraviesa la membrana, el aumento de la resistencia de la membrana 10 lleva a un calentamiento por efecto Joule, que puede acarrear la degradación del polímero de la membrana o de otros componentes de la pila.

A la inversa, si se acumula en la pila demasiada agua, los gases ya no pueden acceder a los sitios activos 15 que son el foco de las reacciones electroquímicas. Las prestaciones de la pila disminuyen entonces consiguientemente.

El artículo de He y col. «An Electrochemical Method to Improve the Performance of Air Cathodes and Methanol 20 Anodes», Electrochemical and Solid-State Letters, 5(8) A181 - 183 (2002), señala que, una vez purgado en atmósfera de nitrógeno el compartimento catódico de la pila de combustible, la aplicación de una corriente constante entre los electrodos de la pila permite 25 regenerar sus prestaciones. Con este procedimiento, se optimiza la gestión del agua hidratando al máximo la membrana y expulsando el agua presente en exceso.

El documento US6524733 describe un procedimiento de regeneración de una pila de combustible de membrana 30 polimérica, comprendiendo el procedimiento un rebajamiento de la temperatura mediante el concurso de un circuito de refrigeración que provoca un aumento de la presión del vapor de agua. Esto mejora la hidratación de la membrana polimérica y restablece el rendimiento del sistema. La 35 duración del procedimiento de regeneración no parece estar predefinida.

Sin embargo, si bien la alimentación con corriente o la parada de la pila permiten mantener unas elevadas prestaciones de la pila, estas opciones son inviables en 5 lo que respecta a aplicaciones industriales.

Objeto de la invención

La invención tiene por objeto un procedimiento de utilización de la pila que sea de fácil puesta en práctica y que permita mantener unas elevadas prestaciones durante 10 toda la vida útil de la pila.

El procedimiento según la invención se caracteriza por las reivindicaciones que se adjuntan y, más particularmente, por el hecho de que la etapa de regeneración comprende, durante un tiempo predefinido, un 15 rebajamiento de la temperatura de la pila de combustible por debajo de una temperatura nominal de funcionamiento, permaneciendo alimentada una carga por la pila el tiempo que dure el rebajamiento de la temperatura.

Breve descripción de los dibujos 20

Otras ventajas y características resultarán más evidentes a partir de la descripción subsiguiente de una realización particular de la invención, dada a título de ejemplo no limitativo y representada en los dibujos que se adjuntan, en los que: 25

la figura 1 representa la evolución de la tensión en bornes de una pila de combustible según la técnica anterior (curva A) y según la invención (curva B) respectivamente,

la figura 2 representa un esquema de montaje de una 30 pila de combustible,

la figura 3 ilustra, esquemáticamente, la evolución de la tensión en bornes de la pila de acuerdo con el procedimiento de utilización según la invención. 35

Descripción de una forma de realización preferente de la invención

Con objeto de que la pila de combustible conserve unas óptimas prestaciones, se prevé al menos una etapa de regeneración durante la utilización de la pila de 5 combustible 1. Esta etapa de regeneración consiste en rebajar temporalmente la temperatura de la pila de combustible 1 bajo su temperatura nominal de funcionamiento. Esta etapa de regeneración se realiza sin modificar los demás parámetros de funcionamiento de la 10 pila (temperatura nominal de funcionamiento, densidad de corriente, caudal, presión, humidificación de los gases reactantes…). Además, la utilización de la pila de combustible no se ve interrumpida y la alimentación de una carga eléctrica 2 (en la figura 2) mediante la pila es 15 mantenida durante la etapa de regeneración. Una vez terminada la etapa de regeneración, se repone la temperatura de la pila de combustible a su valor nominal. A título de ejemplo, tal como se ilustra en la figura 2, un sistema de refrigeración 3 de la pila se halla 20 conectado a un circuito de control 4.

A título de ejemplo, la figura 3 ilustra la influencia sobre la tensión de la pila de una etapa de regeneración por refrigeración temporal de la pila, por ejemplo una duración de 4 h. A partir de un instante t0 y 25 según va siendo utilizada, las prestaciones de la pila de combustible decrecen, lo que, a corriente constante, se traduce en una disminución de la tensión en bornes de la pila 1 por debajo de su tensión nominal (680 mV) en el ejemplo representado. De manera esquemática, la 30 degradación se descompone en una rápida caída de la tensión seguida por una bajada regular en función del tiempo de funcionamiento. Entre los instantes t0 y t1, la temperatura nominal de funcionamiento de la pila es, por ejemplo, de 70°C. En un instante t1, el circuito de 35 control 4 dispara una etapa de refrigeración de la pila por medio del sistema de refrigeración 3, durante un tiempo ∆ de 4 h. La temperatura de la pila 1 es rebajada por debajo de su temperatura nominal de funcionamiento, por ejemplo a 30°C, en el instante t1. Tras este 5 rebajamiento temporal de la temperatura, el retorno a la temperatura nominal provoca un rápido aumento de la tensión en bornes de la pila 1, que se corresponde con un aumento de sus prestaciones.

En el ejemplo ilustrado, entre los instantes t1 y t2, 10 las prestaciones de la pila de combustible 1 decrecen de nuevo y de manera más acusada que entre los instantes t0 y t1. En efecto, al ser la duración entre t1 y t2 superior a la que media entre t0 y t1, la tensión en el instante t2 es más baja que en el instante t1. En el instante t2, la 15 temperatura de la pila se rebaja, temporalmente, por ejemplo a 50°C. Ello conlleva de nuevo un aumento de la tensión en bornes de la pila de combustible por encima de su tensión nominal de funcionamiento.

Mediante la utilización repetida de esta etapa de 20 regeneración, la tensión en bornes de la pila de combustible se puede mantener sensiblemente constante por muy largas duraciones de utilización (1000 h de funcionamiento), tal como lo ilustra la curva B de la figura 1. 25

La etapa de regeneración se realiza ventajosamente de forma periódica, con un período preferentemente comprendido entre unas horas y varios cientos de horas, por ejemplo entre 20 h y 500 h. Sin embargo, el rebajamiento de la temperatura se puede realizar asimismo...

1. Procedimiento de utilización de una pila de combustible (1), que comprende al menos una etapa de regeneración de las prestaciones de la pila (1), 5 procedimiento caracterizado porque la etapa de regeneración comprende, durante un tiempo predefinido, un rebajamiento de la temperatura de la pila de combustible (1) por debajo de una temperatura nominal de funcionamiento, permaneciendo alimentada una carga 10 eléctrica por la pila (1) el tiempo que dure el rebajamiento de la temperatura.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el rebajamiento de la temperatura 15 está comprendido entre el 10 % y el 60 % de su temperatura nominal de funcionamiento en °C.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la etapa de regeneración se repite 20 periódicamente.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la etapa de regeneración se repite con un período comprendido entre unas horas y varios 25 cientos de horas.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la etapa de regeneración se realiza cuando una tensión en bornes de la 30 batería es inferior a un umbral predeterminado.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la etapa de regeneración se realiza cuando la temperatura de la pila 35 de combustible (1) es inferior a un umbral predeterminado.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la duración de la etapa de regeneración está comprendida entre 10 5 minutos y 12 horas.