Estudio ex-situ del effecto del contenido en grafeno sobre la respuesta eléctrica y la morfología de la micro capa porosa de una capa de difusión de gases, y su comportamiento en una pila de combustible tipo PEM

Abstract

[SPA] Durante los últimos años, el hidrógeno está alcanzando una gran relevancia como alternativa a los combustibles fósiles para numerosas aplicaciones, que van desde aplicaciones móviles a estacionarias, siendo las pilas de combustibles el sistema electroquímico que permite la transformación directa de este vector energético en energía eléctrica. Las capas de difusión de gases, son unos de los elementos fundamentales que constituyen el corazón de una pila de combustible tipo PEM, cuya función principal es la de trasportar los electrones hasta los platos colectores de corriente, dispersar los gases hasta la superficie del catalizador y regular el flujo de agua generada durante el proceso electroquímico en el interior de una pila de combustible. Por otra parte, las capas de difusión de gases están formadas por un substrato poroso, cuya función principal es el proporcionar el soporte mecánico y una excelente conductividad eléctrica a la capa de difusión de gases (GDL), y una micro capa porosa, cuya función es la de dispersar los gases hasta la superficie del catalizador. En este contexto, el grafeno denominado "Graphene Nanoplatelets (GN)" es un tipo de grafeno de bajo coste al estar formado por más de una capa de carbón, que permite su empleo a nivel industrial, en comparación con el grafeno cuyo elevado coste lo hace inviable para su uso a gran escala. Sin embargo, y a pesar de no tratarse de grafeno monocapa, este GN mantiene una elevada conductividad eléctrica, hecho que lo que lo hace ser un buen candidato para su empleo en la generación de las capas de difusión de gases, donde se requiere una elevada conductividad eléctrica. Por tanto, en este trabajo, nos centraremos en el estudio del efecto del GN sobre las propiedades de la micro capa porosa y cuál es su comportamiento cuando se emplea en una pila de combustible tipo PEM. [ENG] During the last few years, hydrogen has been gaining importance as an alternative to fossil fuels for numerous applications, ranging from mobile to stationary applications, with fuel cells being the electrochemical system that allows the direct transformation of this energy into electrical energy. The gas diffusion layers, are one of the fundamental elements that constitute the heart of a PEM type fuel cell, whose main function is to transport the electrons to the current collector plates, disperse the gases to the catalyst surface and regulate the flow of water generated during the electrochemical process inside a fuel cell. On the other hand, the gas diffusion layers are formed by a porous substrate, whose main function is to provide mechanical support and excellent electrical conductivity to the gas diffusion layer (GDL), and a porous microlayer, whose functions is to disperse the gases to the catalyst surface. In this context, the grapheme called “Graphene Nanoplatelets (GN)” is a low cost type of graphene as it is formed by more than one layer of carbon, which allows its use at industrial level, compared to graphene whose high cost makes it unfeasible for large-scale use. However, despite not being monolayer graphene, this GN maintains a high electrical conductivity, which makes it a good candidate for use in the generation of gas diffusion layers, where high electrical conductivity is required. Therefore, in this project, we will focus on the study of the effect of GN on the properties of the porous microlayer and how it behaves when used in a PEM fuel cell.