Diseño por simulación numérica de una micro celda de combustible de intercambio protónico (PEMFC)

Abstract

In this thesis is presented the design of a micro fuel cell prototype by a theoretical analysis of its fundamental principles. The analysis was performed by simulating computational fluid dynamics flow field using the COMSOL Multiphysics© software. One of the most important results was the identification of an optimal distribution of the reactants on the active surface of the fuel cell at the proposed scale. It was evaluated the influence on the performance of the fuel cell at various aspect ratios of the cross section of the microchannels. The electrical performance of the fuel cell was evaluated by analyzing its figures of merit where it was observed a dependence on the cathode potential and the power density a function of the electric current density. It was possible to discuss the results obtained by changing the aspect ratios at the cross section of the fuel cell.

En el presente trabajo, se presenta el diseño por simulación de un prototipo de celda de combustible a escala pequeña para el suministro de energía eléctrica en dispositivos móviles. Se realizó un análisis numérico mediante la simulación de dinámica de fluidos computacional del campo de flujos utilizando el software COMSOL Multiphysics©, con lo cual se pudo obtener una óptima distribución de los reactivos sobre la superficie activa de la celda de combustible a la escala propuesta. Se evaluó la influencia sobre el rendimiento de la celda de combustible de diversas relaciones de aspecto de la sección trasversal de los microcanales. Para evaluar el comportamiento eléctrico se obtuvieron las principales figuras de mérito de una celda de combustible, es decir el gráfico de potencial eléctrico del cátodo en función de la densidad de corriente eléctrica, y el gráfico de la densidad de potencia eléctrica en función de la densidad de corriente eléctrica, a su vez la comparación de los gráficos por la influencia del cambio de aspecto de la sección transversal de la celda de combustible.