¿Cuánta electricidad produce una celda de combustible PEM y con qué eficiencia?

Los PEMFC bien construidos pueden tener hasta un 60% de eficiencia, pero depende. Por ejemplo, obtendrá mayores eficiencias (~ 80%) si extrae muy poca corriente a través del dispositivo; si, por otro lado, maximiza la carga, obtendrá una corriente muy alta pero se acercará al 0% de eficiencia.

La explicación es que diferentes fuentes de ineficiencia entran en acción (y se acumulan entre sí) a medida que aumenta la corriente:

• Circuito abierto (sin carga): cruce , cortocircuito y catalizadores imperfectos . Parte del hidrógeno se filtra hacia el lado del oxígeno porque la membrana es delgada. Algunos electrones también se filtrarán a través de la membrana, aunque el polímero del que está hecho se elija para tener una baja conductividad eléctrica. Finalmente, incluso con un catalizador elegante como Pt, la cinética del electrodo no es infinitamente rápida y esto es evidente incluso con cargas bajas.
• Baja corriente: pérdidas óhmicas . Al igual que los cables se calientan cuando pasa una corriente a través de ellos, la membrana no es un conductor de iones perfecto y los protones que lo atraviesan generan calor en proporción al flujo.
• Alta corriente (p. Ej., 1 A / cm ^ 2): inundación . Cuanto mayor es la corriente, más agua produce el cátodo. Esta agua se acumula y bloquea el paso de oxígeno (aire) a la célula.

Si realmente está comprometido con la eficiencia, puede recuperar el calor residual para obtener algunos puntos porcentuales adicionales.

En cuanto a la cantidad de hidrógeno que necesita para obtener 0.6-1 V, la respuesta es “tan poco como desee”. Solo necesita el ánodo para contactar al hidrógeno y el cátodo para contactar al oxígeno y verá un voltaje de circuito abierto de> 1 V. Esa es una buena noticia: no tendrá que apilar las células en serie para alcanzar su voltaje objetivo.

Debería volver a enmarcar la pregunta para tener en cuenta los requisitos de potencia (o actuales). Esto lo ayudará a calcular la cantidad de hidrógeno por tiempo que necesita, así como la cantidad de área de electrodo , un parámetro que aparentemente ha pasado por alto.

Por ejemplo, supongamos que está alimentando un LED. (Sin embargo, necesitan un voltaje más alto que el que mencionó). Eso podría requerir 0.1 W de potencia, es decir, ~ 0.2 A a 0.6 V. Si su PEMFC puede producir una corriente de 1 A / cm ^ 2 a 0.6 V, usted ‘ Necesitará solo ~ 0.2 cm ^ 2 electrodos (medio centímetro por medio centímetro). Por supuesto, si desea impulsar algo más ambicioso, necesitará una celda de combustible más grande.

Ahora a cuánto hidrógeno necesitas. La constante de Faraday nos dice que un lunar de electrones tiene una carga de ~ 10 ^ 5 coulombs, lo que significa que podría proporcionar una corriente de 1 A por 10 ^ 5 so 10 ^ 5 A por 1 s (o lo que sea que desee en el medio) . Para nuestro ejemplo, solo desea 0.2 A de corriente, por lo que para alimentar su LED durante una hora (3600 s) necesita 0.2 * 3600/10 ^ 5 = 0.007 mol. ¡No mucho!

(Cada molécula de hidrógeno obtendrá 2 electrones. Por simplicidad, digamos que su utilización de combustible es 1/2. Luego, estos detalles adicionales se cancelan).

Robert Kaspar ya dio una buena respuesta.

La respuesta de Robert Kaspar a ¿Cuánta electricidad produce una celda de combustible PEM y con qué eficiencia?

en realidad no importa cuál sea la eficiencia, el costo básico de la celda es astronómico y la vida útil es corta. Cifra de $ 100 por vatio. Para un motor de automóvil de 50 HP eso sería $ 3.7 millones. Incluso si los costos se reducen en un factor de diez, a $ 370,000, y duró todo un año, el costo de la celda eclipsa el costo del combustible, por lo que la eficiencia del combustible ni siquiera es un error de redondeo.