As células a combustível de membrana de troca de prótons (PEMFCs) são dispositivos energéticos 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, já foram explorados com sucesso, mas ainda não atingiram seu potencial máximo. Este projeto investiga novos designs biomiméticos por meio de três fases distintas.

• Na primeira fase, uma série de projetos iniciais de células a combustível biomiméticas são analisados ​​utilizando análise de dinâmica de fluidos computacional do fluxo em diferentes projetos biomiméticos iniciais, com o objetivo de selecionar o projeto mais promissor. Os resultados dos projetos biomiméticos são comparados com os resultados de projetos de células a combustível padrão, como o projeto de bobina paralela. O projeto selecionado inclui inserções de grafeno poroso na parte central da placa, em vez dos canais verticais, que são mais comuns em outros projetos de última geração.
   
• Numa segunda fase, após a seleção do projeto biomimético com melhor desempenho, este foi fabricado e submetido a testes experimentais para determinar seu desempenho energético (curvas IV, EIS e CDM). Os testes experimentais foram realizados na bancada de testes de células a combustível de hidrogênio que o grupo Thermotechnology possui em suas instalações. Os resultados do novo projeto biomimético foram analisados ​​e comparados com um modelo de referência de bobina paralela, indicando que o novo projeto proposto é particularmente adequado para melhorar o gerenciamento de água em células a combustível sob condições de alta umidade dos reagentes, atingindo uma potência máxima de saída até 6,0% superior à do projeto de referência.
   
• Numa terceira fase, após a análise dos resultados experimentais anteriores, o projeto é otimizado para a fabricação e teste do protótipo final. Finalmente, com o protótipo otimizado, uma pilha de potência de 500 W é fabricada para a demonstração final da tecnologia pesquisada.
   

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

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

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