JORNADAS ENERGÍAS RENOVABLES Logros y Propuestas 2009 Hidrógeno y Celdas de Combustible Ing. Graciela C. Abuin 22/09/2018

CC estacionariaGrupo electrógeno Producción de energía a partir de fuentes renovables - Vector hidrógeno H2O Celda de combustible móvil ó H2/GNC Solar Electrolizador Eólica Hidráulica O2 H2 Fuentes Renovables CC estacionariaGrupo electrógeno Consumidores 22/09/2018 Red local

Hidrógeno Su combustión no produce emisiones perjudiciales para el medio ambiente. Sólo genera agua, calor y energía eléctrica. Está disponible en todos lados. Puede almacenarse en diferentes modos. Se cree que su utilización como combustible en fuentes fijas y móviles se extenderá cada vez más. Limitante: costo. Necesidad de tecnologías más eficientes => DESARROLLO 22/09/2018

Nuestro país Potencial eólico Oportunidad para el H2 Potencial solar 22/09/2018

Identificación de demanda/ Problema a resolver H2 Fundación Hidrógeno Santa Cruz Asociación Argentina del Hidrógeno ITBA: Desarrollo del  Primer Módulo Argentino de Energía Limpia “MAEL I” Aerogenerador de 5 kW / Generador de H2 por electrólisis de agua. H2 a 30 bar 0,7 m3N/h H2   Desarrollo de electrodos de alto rendimiento => cuello de botella para producir un generador eficiente. 22/09/2018

Desarrollo de Electrodos de Alto Rendimiento Producción de H2 por electrólisis de agua V x A = Watt (potencia) Potencial (V) h cátodo V h ánodo IR Corriente (A) Eeq Cátodo: 2H+ + 2e- => H2 Ánodo: 2OH- => ½O2 + H2O + 2e- Objetivo: máxima corriente (producción) con mínimo potencial aplicado Mínimo Kwh/m3 H2 Desarrollo de Electrodos de Alto Rendimiento 22/09/2018

Celdas de electrólisis de agua A.Chialvo – H2 y energía del futuro, 2004 Celdas avanzadas Celdas convencionales Celdas de vapor de agua Separador + conductor iónico KOH 30% T < 100ºC Consumo Energético (kWh/Nm3) 3 3.5 4 4.5 5 Tecnología probada, simple, no requiere materiales especiales. Baja eficiencia, baja i (hasta 0,25 Acm-2) Puede llegar al 100% rendimiento energético – Alta i (hasta 1 Acm-2) Problemas de fabricación – Fuente alta temperatura Electrolito polimérico orgánico o inorgánico - Alta i (hasta 0,25 Acm-2) Compacta – Baja estabilidad de los MEA – Alto costo membranas y catalizador 22/09/2018

Problema a resolver Encontrar un material de electrodo capaz de duplicar la corriente de un electrodo de Ni a igual tensión aplicada. 22/09/2018

Formulación del Proyecto Se formuló el proyecto de desarrollo de electrodos para la producción electrolítica de H2. Objetivo: desarrollo de electrodos de buenas propiedades catalíticas para la reacción de formación de hidrógeno en medio alcalino, con buena resistencia y durabilidad. Comenzó en el INTI el desarrollo y evaluación de electrodos. 22/09/2018

Materiales de electrodo – Preselección de Tecnología Catódico Anódico Ni, Ni-Co, Ni-Fe, Ni / NiSx Ti / RuO2 – TiO2 Electrodepósitos: Ni-Mo, Ni-Mo-Cd DSA® (RuO2 – TiO2) Acero inoxidable Ni, Ni-Co, Ni-Raney Ni-Raney: aleación de Ni tratada con NaOH, disuelve la > co-metal. Queda estructura porosa, > área, > actividad catalítica. Ni-Zn, Ni-Al, Ni-Co-Zn. Perovskitas (ABxC(1-x)O3): CoLa0.5CSr0.5O3 , LaCoxNi(1-x)O3 Carbón / Pt disperso Espinelas (AB2O4): NiCo2O4 , , Co2O4 22/09/2018

Electrodos escala laboratorio Recubrimientos ZnNi baño ácido 22/09/2018

Electrodos escala banco Recubrimiento ZnNi baño alcalino 22/09/2018

Electrodo para producción de H2 Bajo sobrepotencial. Buena actividad catalítica para la reacción. Alta superficie activa. Estabilidad mecánica, química, electroquímica. Resistencia a la corrosión. Durabilidad, respuesta constante en el tiempo. Bajo costo. 22/09/2018

Hidrógeno: Logros Se identificó una demanda y un problema a resolver. Se formuló el proyecto de desarrollo de electrodos para la producción electrolítica de H2. Comenzó en el INTI el desarrollo y evaluación de electrodos. El ITBA comenzó a probarlos. 22/09/2018

Celdas de combustible Dispositivos que convierten la energía de una reacción química en energía eléctrica en forma de corriente continua.   Placas difusoras Entrada de combustible Entrada O2 membrana catalizador Aire Placa difusora de gases Conjunto membrana / electrodos Reacciones químicas: H2 => 2 H+ + 2e- ½O2 + H2O + 2e- => 2OH- H2 22/09/2018

Membranas poliméricas conductoras PEM: Síntesis y Preparación POLISULFONA Polibenzoimidazoles: 22/09/2018 22/09/2018

Membranas poliméricas conductoras - PEM Caracterización Medición de Propiedades Resistencia mecánica Sorción de agua / ácido / álcali Conductividad iónica Permeabilidad 22/09/2018

Síntesis de la Propuesta El INTI se propone contribuir al desarrollo de materiales más eficientes para: Generadores de hidrógeno Celdas de combustible Y promover la utilización de estas tecnologías. 22/09/2018

Gracias por su atención. 22/09/2018