Células a combustível de membrana de troca de prótons (PEMFCs) são dispositivos de energia que convertem diretamente a energia química de combustíveis como o hidrogênio em trabalho útil com impacto ambiental insignificante e alta eficiência. A geometria do canal da placa bipolar tem um impacto considerável no desempenho da célula a combustível.

Projetos de placas bipolares baseados em estruturas inspiradas na natureza, como folhas, pulmões ou esponjas, foram explorados com sucesso até o momento, mas ainda não atingiram todo o seu potencial. Neste projeto, novos designs biomiméticos são investigados em três fases diferentes.

• Numa primeira fase, uma série de projetos biomiméticos iniciais para uma célula de combustível são analisados ​​através de uma análise fluidodinâmica computacional do fluxo de diferentes projetos biomiméticos iniciais, com o objetivo de selecionar o projeto mais promissor. Os resultados dos projetos biomiméticos são comparados com os resultados dos projetos padrão de células de combustível de última geração, como bobina paralela. O design selecionado inclui inserções de grafeno poroso na parte central da placa em vez dos canais verticais, mais comuns em outros designs de última geração.
   
• Numa segunda fase, uma vez selecionado o desenho biomimético com melhores perspetivas, é fabricado e são realizados testes experimentais para determinar o seu desempenho energético (curvas IV, EIS e MDL). Os testes experimentais foram realizados na bancada de testes de células de hidrogénio que o grupo Thermotechnics possui nas suas instalações. Os resultados do novo design biomimético foram analisados ​​e comparados com um modelo de bobina paralela de referência, indicando que o novo design proposto é especialmente adequado para melhorar o gerenciamento de água da célula de combustível sob condições de alta umidade do reagente, atingindo potência de pico até 6,0% maior em comparação ao projeto de referência.
   
• Numa terceira fase e após a análise dos resultados experimentais anteriores, é realizada uma otimização do projeto para fabricar e testar o protótipo final. Por fim, com o protótipo final otimizado, inicia-se a fabricação de um power stack de 500W para a demonstração final da tecnologia pesquisada.
   

Esta publicação faz parte do projeto de I+D+i PID2019-104441RB-I00 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033.

Programa de financiamento: Desafios do Plano Estadual 2017-2020 - Projetos de P&D&I
 

BioPEM-07-ETSi.jpg