Celdas Combustible.

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Para realizar la serie de pruebas de tensión y relajación de esfuerzos se pueden realizar en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, ya que cuenta con los equipos para realizar las pruebas reologicas que son necesarias, y se encuentra en el Laboratorio de Reología de Polímeros, es una maquina universal de pruebas mecánicas para polímeros de la marca Shimadzu, es necesario realizar la membrana de PBI, y realizar el baño de ácido fosfórico a diferentes concentraciones. Se cuenta con los recursos bibliográficos de medios digitales como artículos científicos que se encuentran en la biblioteca digital de la UANL, para la realización del proyecto se cuenta con el apoyo de la Doctora Sugeheidy Carranza Bernal quien tiene experiencia en celdas combustibles con membranas intercambiadoras de protones. El tiempo estimado para realizar este proyecto es aproximadamente 2 meses.

1.2 Hipótesis

Se aumentara el tiempo de vida de degradación de la membrana intercambiadora de protones de PBI para celdas combustibles de alta temperatura utilizando la concentración optima del acido fosfórico bajo un ambiente controlado a temperatura constante sometido a esfuerzos.

1.3 Objetivo general

Evaluar el comportamiento mecánico de una membrana polimérica intercambiadora de protones fabricada por el polímero polibenzimidazol a diferentes porcentajes de dopaje de ácido fosfórico para que se utilice en transportes , para medir su destreza a esfuerzos que se generan en una celda combustible y disminuir la probabilidad de desgaste. Donde el principal parámetro es el tiempo que se tarda en llegar a la ruptura a diferentes temperaturas y esfuerzos donde se determinara la duración de la membrana.

1.4 Objetivos específicos

Realizar un dopaje de ácido fosfórico a las membranas de PBI con diferentes porcentajes

Determinar la temperatura optima de operación de las membranas de PBI dopadas con acido fosfórico en celdas combustibles de alta temperatura.

Definir que parámetros son los que afectan a la membrana para determinar las pruebas que se deben realizar.

Evaluar el comportamiento de la membrana a diferentes pruebas mecánicas y comparar esas pruebas con las de una membrana con recubrimiento fosfórico para determinar las mejoras de las propiedades.

Determinar el porcentaje de dopaje optimo para aplicación automotriz.

1.5 Justificación

Este anteproyecto tiene su principal importancia para la industria automotriz, ya que se busca que las celdas combustibles mejoren, al ser más eficientes, al generan mayor energía y evitar el desgaste para los automóviles eléctricos. Para llegar a generar mayor energía se requiere de una membrana que tenga mayor resistencia térmica, por lo que se estudio el PBI con un recubrimiento de acido fosfórico el cual en la celdas combustibles tienen una temperatura de operación optima entre 150ºC- 200ºC el problema es que influye mucho las concentraciones del ácido fosfórico, ya que las propiedades se ven afectadas por lo tanto se ve afectada la durabilidad de la membrana, en la cual el estudio no está muy enfocado hacia las propiedades que se pierde y cuál es la concentración optima para la membrana , para poder desarrollar de esa forma motores eléctricos que disminuirán el uso de petróleo, por lo que generaran sustentabilidad de acuerdo con el PDN.

2. Bibliografía comentada

Disminuir el desgaste y degradación de celdas combustibles de alta temperatura fabricadas con PBI con recubrimiento de ácido fosfórico

Marco Teórico

Phimraphas Ngamsantivongsa , Hsiu-Li Lin , T. Leon Yu. (2015). Properties and fuel cell applications of polybenzimidazole and ethyl phosphoric acid grafted polybenzimidazole blend membranes. Journal of Membrane Science. 491 (2015), 10-21. Elsevier.

Tema 1

Mejoramiento de propiedades del PBI con recubrimiento de ácido fosfórico

-The blending of PBI-EPA into the membrane resulted in the decrease of the yield tensile stress from 74.4 MPa to 11.6 MPa.

- Increase in the tensile strain from 8.8% to 12.9%

-PAdop and σ decreased when the PBI-EPA break for a neat-PBI membrane.

En esta referencia sirve como ejemplo para tener en cuenta como son las propiedades mecanicas del PBI con un recubrimiento de AP.

Referencia 2

Mamlouk M., Scott K. (2010). The effect of electrode parameters on performance of a phosphoric acid-doped PBI membrane fuel cell. international journal of hydrogen energy. 35,(2010). 784-793. Elsevier.

-Increasing the doping level dramatically enhanced the anode performance even at very high doping level of 20 PRU.

-Increasing the acid content in the catalyst layer lead to, enhancement in conductivity, more accessible ESA and to better hydrogen permeability over pristine PBI.

-Increasing the doping level above 2.5 PRU slightly increased the overall conductivity.

Al observar la referencia 1 debemos tomar en cuenta los efectos de la concentración del recubrimiento en el ánodo y cátodo.

Referencia 3

Kihyun Kim, Pilwon Heo, Taeyun Ko, Ki-hyun Kim, Sung-Kon Kim, Chanho Pak. Jong-Chan Lee. (2015) Poly(arlyene ether sulfone) based semi-interpenetrating polymer network membranes containing cross-linked poly(vinyl phosphonic acid) chains for fuel cell applications at high temperature and low humidity conditions. Journal of Power Sources, 293 (2015), 539-547. Elsevier

- The proton conductivities of the membranes measured at 120ºC by changing the RH from 20 to 90%.

En la referencia 1 y 2 se complementa con la conductividad del proton dependiente de la membrana con el recubrimiento,esto es muy importante ya que es la que genera la energia de la celda combustible.

Tema 2

Durabilidad del PBI

Jintae Kim, Minjin Kim , Bong-Gu Lee , Young-Jun Sohn. (2015).