ES2588385B1 - Dispositivo generador eléctrico que incorpora una pila de combustible - Google Patents

Dispositivo generador eléctrico que incorpora una pila de combustible Download PDF

Info

Publication number
ES2588385B1
ES2588385B1 ES201530435A ES201530435A ES2588385B1 ES 2588385 B1 ES2588385 B1 ES 2588385B1 ES 201530435 A ES201530435 A ES 201530435A ES 201530435 A ES201530435 A ES 201530435A ES 2588385 B1 ES2588385 B1 ES 2588385B1
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
fuel cell
hydrogen
device incorporating
raw material
generating device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
ES201530435A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2588385A1 (es
Inventor
Juan Pablo Esquivel Bojorquez
Maria Neus SABATÉ VIZCARRA
Francisco Javier DEL CAMPO GARCÍA
Joshua Buser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
University of Washington Center for Commercialization
Original Assignee
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
University of Washington Center for Commercialization
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC, University of Washington Center for Commercialization filed Critical Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority to ES201530435A priority Critical patent/ES2588385B1/es
Priority to PCT/ES2016/070221 priority patent/WO2016156650A1/es
Publication of ES2588385A1 publication Critical patent/ES2588385A1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2588385B1 publication Critical patent/ES2588385B1/es
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Dispositivo generador eléctrico que incorpora una pila de combustible.#Se describe una pila de combustible (1) en la que el canal de circulación del electrolito (24) es de material poroso, y un dispositivo que incorpora dicha pila de combustible (1) y un aparato (2) productor de hidrógeno que alimenta de hidrógeno a la pila de combustible (1). En una realización preferente el aparato (2) productor de hidrógeno está integrado con la pila de combustible (1) y está concebido para generar hidrógeno que es dirigido a la pila de combustible (1).

Description

DISPOSITIVO GENERADOR ELECTRICO QUE INCORPORA UNA PILA DE
COMBUSTIBLE
DESCRIPCION
5
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion da a conocer un dispositivo generador que incorpora una pila de combustible.
10
El dispositivo incluye un aparato productor de hidrogeno y la propia pila de combustible, de tal modo conectados, que en el aparato se producen reacciones que producen hidrogeno y este hidrogeno alimenta a la pila de combustible para generar energia electrica.
15 ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Son conocidos diversos dispositivos que utilizan reacciones quimicas para llevar a cabo procesos como, por ejemplo, los calentadores quimicos utilizados en los procesos de amplification de ADN son calentadores que, generalmente, no requieren energia electrica 20 alguna y que, como desventaja, carecen de medios de alimentation de instrumentation asociada al proceso de calentamiento tales como, detectores de presencia de hidrogeno, indicadores de funcionamiento, entre otros.
Un ejemplo de calentador de este tipo se aplica, entre otros, al amplificador de acido 25 nucleico que se da a conocer en el articulo "A simple, inexpensive device for nucleic acid amplification without electricity—toward instrument-free molecular diagnostics in low- resource settings," de LaBarre, P., Hawkins, K., Gerlach, J., Wilmouth, J., Beddoe, A., Singleton, J., Boyle, D., and Weigl, B., publicado en PLoS One, 6(5), e19738 (2011). Ademas, son conocidas en el mercado diversas pilas de combustible que utilizan hidrogeno 30 como material combustible para generar energia electrica.
Por ejemplo, el documento DE3814160 da a conocer una pila de combustible que comprende, por una parte, un electrolito que se dispone estanco entre dos electrodos,
igualmente estancos, en los que el anodo se alimenta de un contenedor de hidrogeno y el catodo se alimenta de un contenedor de oxigeno.
Una estructura de pila de combustible similar se da a conocer en el documento 5 JPH09283155. Sin embargo, ambos documentos dan a conocer dispositivos que requieren
fuentes espedficas de hidrogeno y oxigeno y no se orientan al reaprovechamiento de hidrogeno procedente de reacciones qdmicas dentro de un dispositivo.
Las pilas de combustible de estos dos documentos son pilas de combustible de electrolito 10 estatico, en particular, la pila del documento DE3814160 es una pila cuyo electrolito es NaOH estancado en un filtro y la pila del documento JPH09283155 es una pila con una membrana de electrolito polimerico (Nafion) que, de igual manera, no dispone de flujo de electrolito alguno.
15 Disponer de un electrolito estanco tiene, entre otros, el problema de que los productos qdmicos generados en la reaccion como, por ejemplo, carbonatos pueden quedar depositados sobre el electrolito modificando sus propiedades fisico-qdmicas, ademas, existe el problema de la gestion del agua que se pueda generar en los electrodos que puede llegar a bloquear los sitios de reaccion en los electrodos o, incluso, limitar la reaccion 20 necesaria para la generation de la energia electrica.
La modification de este tipo de pilas de combustible para disponer un electrolito que fluya de manera que pueda evitar los problemas anteriormente mencionados presentaria el inconveniente de que necesitaria, por una parte, disponer de bombas de fluido de 25 electrolitos y, por otra, tener fuentes de hidrogeno y oxigeno dedicadas a las celdas de combustible que requieren recargas habituales.
En ciertas aplicaciones en las que se utilizan las pilas de combustible como fuente de generacion electrica principal, se puede disponer de bombas para hacer fluir electrolito y de 30 fuentes de hidrogeno dedicadas que mantengan unos niveles aceptables de hidrogeno asi como los sistemas de monitorizacion de los niveles y de la calidad necesarios para que la energia electrica generada sea lo mas uniforme posible. Sin embargo, en aplicaciones en las que la generacion de energia es un procedimiento secundario para reaprovechar gases
de desecho de otros procesos qwmicos, resulta inaceptable el consumo electrico que tienen dichas bombas ademas de sus sistemas de control asociados.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
5
Con el fin de solucionar los problemas que presentan los dispositivos de la tecnica anterior, la presente invention da a conocer un dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible y un aparato productor de hidrogeno, en el que la pila de combustible es del tipo que comprende un catodo con una entrada de oxigeno, un anodo con una 10 entrada de hidrogeno y un canal de circulation de electrolito, donde el anodo y el catodo se encuentran conectados al canal de circulacion de electrolito, en el que el canal de circulacion de electrolito es un material poroso, preferentemente un material con base de papel, donde el flujo del electrolito se realiza por capilaridad.
15 Complementariamente se ha previsto que la pila de combustible incorpore un material absorbente conectado a un extremo del canal que mantendria el flujo capilar despues de que el canal se haya llenado. El material absorbente realizaria la fuerza de suction que mantendria al electrolito fluyendo a traves de dicho canal evitando la necesidad de emplear una bomba como sucede en otras aplicaciones.
20
Por otra parte la fuente de oxigeno que entra en contacto con el catodo puede ser una entrada de aire atmosferico o alternativamente se puede utilizar un contendor de oxigeno o cualquier sustancia oxidante.
25 El aparato productor de hidrogeno conectado a la pila de combustible dispone de una entrada de materia prima con capacidad de generar hidrogeno, una camara de tratamiento o reaction conectada a la entrada de materia prima y una salida de hidrogeno conectada a la camara de reaccion, donde la salida de hidrogeno se encuentra a su vez conectada a la entrada de hidrogeno de la pila de combustible, de tal modo que el aparato alimenta de 30 hidrogeno a la pila de combustible para que esta genere energia electrica.
En una posible realization el aparato puede ser por ejemplo un calentador quimico o un amplificador de acido nucleico que generan hidrogeno como subproducto que es dirigido a
la pila de combustible.
El aparato productor de hidrogeno puede tener una utilidad concreta, como es el caso de los referidos en el parrafo anterior, y desprender hidrogeno, el cual es conducido a la pila 5 de combustible. En otra realization el aparato productor de hidrogeno es un aparato concebido ex profeso para generar hidrogeno que es dirigido a la pila de combustible. Preferentemente se contempla que el dispositivo disponga del aparato productor de hidrogeno integrado con la pila de combustible, preferentemente formando un conjunto compacto.
10
El dispositivo puede concebirse de modo que tenga una vida limitada para la aplicacion pretendida, por lo que se puede decir que en este caso es desechable o de un solo uso.
En una posible realizacion el aparato productor de hidrogeno es un aparato calentador en 15 el que se produce una reaction exotermica en la camara de reaction generando calor e hidrogeno.
Se ha previsto que la entrada de materia prima este constituida por un material poroso, preferentemente de base de papel, y que el canal de la pila de combustible comprenda 20 igualmente un material poroso, preferentemente de base de papel, cada una de ellas impregnadas con materiales que al mojarse con un liquido, por ejemplo agua, van a determinar por un lado la generation de hidrogeno en el aparato y a continuation el flujo del electrolito en el canal de la pila que va a generar energia electrica.
25 En un posible ejemplo de realizacion la entrada de materia prima del aparato esta constituida por una base de papel en la que se encuentra una primera sal, tal como NaCl, y la camara de reaccion incorpora un material capaz de producir hidrogeno, tal como por ejemplo Mg, MgFe, Al,NaBH4, H3NBH3 o NaSi, y el canal de la pila de combustible comprende igualmente una base de papel en la que se encuentra una segunda sal, por 30 ejemplo KOH.
Al anadir una muestra liquida, por ejemplo agua, sobre la entrada de materia prima se produce una solution salina (por ejemplo de NaCl) que fluye por capilaridad hacia la
camara de reaccion en donde entra en contacto con la aleacion de MgFe produciendo hidrogeno; este gas se dirige por la salida de hidrogeno hacia el anodo de la pila de combustible. Por otra parte la aplicacion de la muestra liquida sobre el canal de la pila de combustible produce una solucion electrolrtica por ejemplo de KOH, que fluye por 5 capilaridad por el canal de la pila de combustible, permitiendo el funcionamiento de la pila y por tanto la generation de energia electrica a partir del hidrogeno suministrado por el aparato.
Se ha previsto la posibilidad de que la camara de reaccion de producto incorpore en su 10 salida una membrana hidrofobica porosa que separa los fluidos para permitir unicamente al hidrogeno, en forma de gas, acceder a la salida de hidrogeno que conecta con el anodo de la pila.
La camara de reaccion puede incorporar en su entrada al menos una valvula para bloquear 15 el retorno del hidrogeno hacia la entrada de materia prima, obligando asi al hidrogeno a salir por la membrana hidrofobica porosa. Alternativamente, en lugar de la valvula, se contempla la posibilidad de que la entrada de materia prima se conciba en un material poroso expandible en contacto con liquido que determina que la resistencia fluidica con la que se encuentra el hidrogeno al intentar salir por la entrada sea mayor que la que se 20 encuentra al salir a traves de la membrana hidrofobica porosa.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
25 Estas y otras caracteristicas y ventajas de la invention, se pondran mas claramente de manifiesto a partir de la description detallada que sigue de las formas preferidas de realization, dadas unicamente a trtulo de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a las figuras que se acompanan.
30 La figura 1 muestra una vista esquematica de un dispositivo segun la presente invencion.
La figura 2 es una vista esquematica de una pila de combustible del tipo aplicable al dispositivo de la figura 1.
La figura 3 muestra, de forma esquematica, un ejemplo de dispositivo segun la presente invention en la que el aparato es un amplificador de acido nucleico.
5 La figura 4 muestra una vista en perspectiva de una section de un segundo ejemplo de realization de la presente invencion.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva de una seccion de un tercer ejemplo de realizacion de la presente invencion.
10
La figura 6 muestra una vista en perspectiva de una seccion de un cuarto ejemplo de realizacion de la presente invencion.
La figura 7 muestra un ejemplo de realizacion de una pila de combustible segun la presente 15 invencion junto con sus respectivas mediciones de voltaje, corriente y potencia.
La figura 8 muestra un quinto ejemplo de realizacion del dispositivo que integra el aparato, espedficamente concebido para generar hidrogeno, con la pila de combustible.
20 La figura 9 muestra una realizacion alternativa a la prevista en la figura 8 en la que asimismo el dispositivo integra el aparato y la pila.
La figura 10 muestra los mismos elementos que incorpora la realizacion de la figura 9 de forma mas compacta y ocupando menos espacio.
25
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
La figura 1 muestra una vista esquematica de un dispositivo de acuerdo con la presente invencion en la que se observa que el dispositivo esta formado por un aparato (1) productor 30 de hidrogeno y una pila de combustible (2) conectada a un elemento electrico (3), o elemento consumidor de energia electrica.
De manera el aparato (1) presenta una entrada de materia prima (11), una camara de
reaccion (13) y una salida de hidrogeno (14), y opcionalmente segun aplicacion una salida de producto terminado (12).
Por otra parte en esta misma figura 1 se observa que la pila de combustible (2) es una pila 5 del tipo que comprende un primer electrodo dispuesto como catodo (22) un segundo electrodo dispuesto como anodo (23) y un canal (24) dispuesto entre dichos catodo (22) y anodo (23). Para poder generar energia electrica, esta realization dispone de una estructura en la que un electrolito (21) fluye por capilaridad a traves de dicho canal (24). Este flujo por capilaridad permite, por una parte prescindir de elementos tales como 10 bombas para impulsar el fluido a traves del canal que consumirian energia electrica haciendo que el dispositivo no sea adecuado para su utilization en zonas carentes de medios de suministro externo de energia electrica..
En cuanto a posibles materiales que se puedan utilizar como material poroso del canal (24) 15 destaca de modo general un material base de papel, o nitrocelulosa, papel de celulosa, polimero poroso, tela o fibra de vidrio.
En cuanto al elemento electrico (3), existen diversas aplicaciones para utilizar la energia electrica generada por la pila de combustible (2).
20
El elemento electrico (3) puede comprender electronica de instrumentation como, por ejemplo sensores, indicadores de todo tipo (LED, LCD, etc.) o sistemas adicionales de medicion, control y actuation sobre el aparato (1) o aparatos externos al dispositivo.
25 En realizaciones particulares de la presente invention, se dispone un LED (31), representado en la figura 1, para consumir dicha energia electrica. De esta manera, el conjunto pila de combustible - LED serviria como un sensor de hidrogeno. Cabe destacar que este consumo de la energia electrica generada serviria, de forma colateral, como un elemento para evitar fugas de hidrogeno al ambiente ya que el hidrogeno se utiliza para 30 generar energia electrica y como residuo quedaria agua que, a diferencia de liberar hidrogeno al ambiente, no representa peligro alguno.
La figura 2 muestra una realizacion preferente de una pila de combustible (2) adecuada
para su utilizacion en un dispositivo segun la presente invention. En esta figura se observa en mas detalle el funcionamiento de la pila de combustible (2).
En particular, la pila de combustible (2) de la figura 2 muestra un contenedor (210) en el 5 que se dispone un electrolito (21), un anodo (23), un catodo (22) y un material absorbente (242). Dicho contenedor (210) puede ser, de manera particular, una acanaladura o un material poroso de tipo similar al canal (24) de transferencia de electrolito.
Entre dicho contenedor (210) y dicho material absorbente (242) se dispone un canal (24) a 10 traves del cual circularia el electrolito (21) por capilaridad dada la fuerza de suction ejercida por el material absorbente (242). Ademas dicho canal (24) se encuentra en contacto con el anodo (23) y el catodo (22).
En cuanto a posibles sustancias que se puedan utilizar como electrolito (21), destacan los 15 electrolitos fuertes en general asi como los electrolitos debiles con capacidad tamponadora del pH. Se entiende como electrolito fuerte a aquella sustancia ionica cuyos iones constituyentes se disocian completamente al entrar en disolucion dando lugar a una solution conductora con pH basico, acido o neutro.. Asimismo, tambien podrian usarse liquidos ionicos y polimeros conductores para mantener una conductividad adecuada en el 20 medio. En una realization preferente de la presente invencion dichos electrolitos pueden ser: acido sulfurico, sulfato de sodio, tampon fosfato, hidroxido de potasio, hidroxido de sodio, entre otros.
En cuanto a posibles materiales que se puedan utilizar como material absorbente (242), 25 destacan nitrocelulosa, papel de celulosa, polimero poroso, tela, fibra de vidrio, espuma, gel, entre otros. Cabe destacar que como materiales absorbentes pueden utilizarse materiales que han sido modificados con sustancias higroscopicas como el cloruro de calcio y el oxido de calcio.
30 Un ejemplo de realizacion de la presente invencion se observa en la figura 3. En esta figura se observa un ejemplo de aplicacion de un dispositivo de la presente invencion mediante la modification de un aparato (1) existente que comprende una salida de hidrogeno (14) anadiendo una pila de combustible (2) que se conecta a la salida de hidrogeno (14) del
aparato de manera que su anodo (23) entra en contacto, por una parte a dicha salida de hidrogeno (14) y, por otra, al canal (24) de electrolito. Adicionalmente, esta realization contempla la disposition de una entrada de aire atmosferico (26) como fuente de ox^geno para suministrar al catodo (22).
5
En esta y las figuras posteriores se ha eliminado la referencia al contenedor de electrolito y el material absorbente para facilitar la comprension de la presente invention.
Un segundo ejemplo de realizacion de la presente invencion se describe haciendo 10 referencia a la figura 4. En esta realizacion el dispositivo es un calentador quimico que comprende una carcasa (101) y una camara (100) en la que ocurre una reaction quimica que desprende calor. Como resultado de dicha reaccion quimica se desprende hidrogeno (140) que se mantiene almacenado en una camara estanca (141). Posteriormente, este hidrogeno se suministra mediante la salida (14) al anodo (23) de la pila de combustible. Por 15 otra parte, el catodo (22) se alimenta de oxigeno (26) atmosferico y la energia generada se utiliza para encender un LED (31).
De esta manera, dicho LED se dispone como un indicador de la presencia de hidrogeno en la camara (141).
20
En la figura 5 se observa un tercer ejemplo de realizacion de la presente invencion. En particular en esta figura se observa que la energia electrica generada se utiliza en otro tipo de elementos, en concreto, se utiliza como fuente de alimentation para un modulo de electronica (32) que dispone de medios de control de una pantalla LCD asi como medios 25 de control de instrumentation (320) del aparato. Adicionalmente, dicha energia electrica generada se puede aplicar a diversas aplicaciones como, por ejemplo, en instrumentos de analisis quimico, actuadores, controladores, etc.
La figura 6 muestra un cuarto ejemplo de realizacion de la presente invencion. En este 30 caso, la pila de combustible se conecta a un aparato (1), concretamente un calentador que tiene como subproducto la generation de hidrogeno.
En este dispositivo se adhiere al canal (24) un electrolito solido (240) soluble en agua (o en
cualquier otro Kquido). Dicho electrolito solido (240) se puede disponer de manera alternativa en parte del canal, de manera uniforme a lo largo del mismo o en un contenedor externo en contacto con dicho canal.
5 Adicionalmente, en esta realization se dispone el canal (24) en un recipiente (241) del aparato (1) que contiene agua (241) o, alternativamente, dicho agua (241) se produce como resultado de los procesos internos del aparato.
Posteriormente, por action del material absorbente (242), el agua (241) fluye a traves del 10 canal (24) solubilizando el electrolito.
La figura 7 muestra un ejemplo de realizacion de una pila de combustible en la que se construye un conjunto de dos pilas de combustible en una tira de papel a modo de canal (24) del tipo conocido comercialmente por el nombre de Fusion 5 (de la marca Whatman) 15 de 5 mm de ancho. Tanto el anodo (23) como el catodo (22) se fabrican sobre papel de carbon del tipo fabricado por Toray Industries, Inc (con referencia EC-TP1-060T) depositando una carga de catalizador de platino/carbon. El area de cada electrodo es de 2.5 mm por 5 mm. Los catodos (22) se colocan sobre el canal (24) y reciben oxigeno del aire, mientras que los anodos (23) estan dispuestos en la parte inferior del canal (24) 20 expuestos a un flujo de hidrogeno. El electrolito que fluye por el canal (24) de la pila de combustible es una solution de 1M KOH. La entrada de hidrogeno a la pila de combustible proviene de la reaction de un aparato (1) que, en este caso particular, es un calentador quimico que produce hidrogeno al poner en contacto 0.1 g de particulas de MgFe con 600 ^L de solucion salina de NaCl al 2.5%. Este hidrogeno producido como subproducto es el 25 hidrogeno al que se encuentra expuesto cada uno de los anodos (23).
En particular, haciendo referencia a la figura 7, se dispone una primera pila de combustible (2011, 2021, 2031) y una segunda pila de combustible (2012, 2022, 2032) sobre un canal (24) de transferencia de electrolito. En una solucion alternativa, no representada, se 30 contempla la option de que cada pila disponga de su propio canal y se conecten externamente, lo que redunda en el beneficio de reducir las corrientes de fuga o perdidas entre pilas que comparten un mismo electrolito.
Las curvas de polarizacion de las pilas de combustible que se observan en la figura se obtienen a partir de mediciones realizadas con un bipotenciostato/galvanostato que se dispone en tres configuraciones distintas; Una primera configuracion (201) para medir el voltaje (V201) correspondiente a la primera pila de combustible (2011, 2021, 2031); una 5 segunda configuracion (202) para medir el voltaje (V202) de la segunda pila de combustible (2012, 2022, 2032); y una tercera configuracion (203) en la que se mide el voltaje (V201+202) de las dos pilas conectadas en serie.
El voltaje de circuito abierto, de las pilas individuales se registra en torno a 0.9V, la 10 potencia (P201) maxima de la primera pila (2011, 2021, 2031) es 5.5 mW a 15 mA, la potencia (P202) maxima de la segunda pila (2012, 2022, 2032) es 5.5 mW a 15 mA, Cuando las pilas se conectan en serie, el voltaje (V201+202) del conjunto de las dos pilas conectadas en serie alcanza 1.7V y la potencia (P201+202) combinada de ambas pilas llega a 9.5 mW a una corriente de 10 mA. El voltaje de salida del conjunto se utiliza para 15 encender un LED rojo de referencia HLMP-D155 y de esta forma indicar la presencia de hidrogeno proveniente del calentador qdmico.
Aunque en las realizaciones descritas de la presente invencion se hace mencion a que el efecto para la transferencia de fluidos es mediante la capilaridad debido a un material 20 absorbente (242) conectado a uno de los extremos del canal (24) de transferencia de electrolito, tambien se puede utilizar cualquier otro tipo de tecnica conocida de bombeo pasivo conocida en el campo de la microflddica de canales.
En una quinta realizacion representada en la figura 8 se observa de modo esquematico un 25 dispositivo que integra el aparato (1) espedficamente concebido para generar hidrogeno con la pila de combustible (2) que es alimentada por el hidrogeno del aparato. Se aprecia que el aparato (1) dispone de una entrada de materia prima (11) constituida por un material poroso, preferentemente de base de papel, una camara de reaccion (13) que incorpora un material capaz de producir hidrogeno (44) y una salida de hidrogeno (14) por la que sale el 30 hidrogeno generado en la camara de reaccion (13) que se dirige hacia el anodo (23) para alimentar la pila de combustible (2). En dicha pila de combustible (2) se observa asimismo el catodo (22) y el canal (24) constituido por un material poroso, preferentemente de base de papel.
La camara de reaccion (13) incorpora en su salida una membrana hidrofobica porosa (40) que separa los fluidos para permitir unicamente el paso al hidrogeno, y la camara de reaccion (13) comprende en su entrada al menos una valvula (41) para bloquear el retorno 5 del hidrogeno hacia la entrada de materia prima (11).
En la figura 8 se observa asimismo que el aparato (1) incorpora una primera entrada de liquido (42) para introducir una disolucion salina (46) que impregnaria la entrada de materia prima (11), asi como la pila de combustible (2) incorpora una segunda entrada de liquido 10 (43) para introducir una solucion electrolrtica (45) que impregnaria el electrolito del canal
(24).
En la figura 9 se muestra una realizacion alternativa a la de la figura 8, en la que asimismo el dispositivo integra aparato productor de hidrogeno y la pila de combustible, se contempla 15 que en contacto con la entrada de materia prima (11) incorpore un primer electrolito solido de una primera sal (47), y que en contacto con el canal (24) incorpore un segundo electrolito de una segunda sal (48), y que complementariamente disponga de un material absorbente (49), que esta en comunicacion con la entrada de materia prima (11) y con el canal (24), y que es alimentado por un liquido acuoso (50) que se transfiere a:
20 la entrada de materia prima (11) para contactar con el primer electrolito solido (47)
para dar lugar a la primera disolucion salina que circula por la entrada de materia prima (11), y
al canal (24) para contactar con el segundo electrolito (48) para dar lugar a la segunda solucion electrolrtica que circula por el canal (24).
25
La figura 10 muestra la misma combination de elementos que componen el dispositivo de la figura 9, pero de forma mas compacta e integrada, preferentemente con una geometria a modo de tira en la que el material absorbente (49) aparece integrado sin sobresalir del aparato (1).

Claims (16)

  1. REIVINDICACIONES
    1. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible que comprende:
    un catodo (22) con una entrada de oxigeno;
    5 un anodo (23) con una entrada de hidrogeno; y
    un canal (24) de circulation de electrolito formado por un material poroso donde el flujo del electrolito se realiza por capilaridad,
    en el que tanto el anodo (23) como el catodo (22) se encuentran conectados al canal (24) de transferencia de electrolito,
    10 caracterizado por que el dispositivo generador electrico comprende adicionalmente un aparato productor de hidrogeno (1) que dispone: una entrada de materia prima (11),
    una camara de reaction (13) conectada a la entrada de materia prima (11), y una salida de hidrogeno (14) conectada a la camara de reaccion (13),
    15 donde la salida de hidrogeno (14) se encuentra conectada a la entrada de hidrogeno de la pila de combustible.
  2. 2. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque comprende adicionalmente un material absorbente
    20 (242) conectado al canal (24).
  3. 3. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 2 caracterizado porque el material absorbente (242) esta fabricado de un material tratado con sustancias higroscopicas.
    25
  4. 4. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque el material poroso del canal (24) de transferencia de electrolito es un material seleccionado entre un material base de papel, o nitrocelulosa, papel de celulosa, polimero poroso, tela o fibra de vidrio.
    30
  5. 5. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque la entrada de materia prima (11) esta constituida por un material poroso de base de papel.
  6. 6.- Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque el aparato productor de hidrogeno (1) es un calentador qwmico.
    5 7.- Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la
    reivindicacion 1 caracterizado porque el aparato productor de hidrogeno (1) es un amplificador de acido nucleico.
  7. 8. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la 10 reivindicacion 1 caracterizado porque la materia prima es una solucion salina.
  8. 9. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 8 caracterizado porque la camara de reaccion (13) incorpora un material capaz de producir hidrogeno con el que reacciona una solucion de la sal procedente de la
    15 entrada de materia prima (11) para generar hidrogeno.
  9. 10. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque la camara de reaccion (13) comprende en su salida una membrana hidrofobica porosa (40) que separa los fluidos para permitir unicamente al
    20 hidrogeno, en forma de gas, acceder a la salida de hidrogeno (14).
  10. 11. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque la camara de reaccion (13) comprende en su entrada al menos una valvula (41) para bloquear el retorno del hidrogeno a la entrada de
    25 materia prima (11).
  11. 12. -Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque la entrada de materia prima se concibe en un material poroso expandible en contacto con liquido que bloquea el retorno del hidrogeno
    30 hacia la entrada de materia prima (11).
  12. 13. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque el aparato (1) incorpora una primera entrada de
    5
    10
    15
    20
    25
    Kquido (42) para introducir una disolucion salina (46) que impregnaria la entrada de materia prima (11), y la pila de combustible (2) incorpora una segunda entrada de Kquido (43) para introducir una solucion electrolrtica (45) que impregnaria el canal de circulation de electrolito (24).
  13. 14. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque adicionalmente comprende:
    un primer electrolito solido (47) en contacto con la entrada de materia prima (11), un segundo electrolito solido (48) en contacto con el canal (24), y un material absorbente (49), que esta en comunicacion con la entrada de materia prima (11) y con el canal (24), y que es alimentado por un liquido acuoso (50) para transferirse a:
    la entrada de materia prima (11) para contactar con el primer electrolito (47) para dar lugar a la primera disolucion salina que circula por la entrada de materia prima
    (11), y
    el canal (24) para contactar el segundo electrolito (48) para dar lugar a la segunda disolucion salina que circula por el canal (24).
  14. 15. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el aparato productor de hidrogeno (1) esta integrado con la pila de combustible (2) formando un conjunto compacto.
  15. 16. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende al menos una pila de combustible adicional, dotada de otro anodo y otro catodo conectados a otro canal de circulacion de electrolito, en el que la pila de combustible adicional esta conectada en serie a la pila de combustible.
  16. 17. - Dispositivo generador electrico que incorpora una pila de combustible de acuerdo con la reivindicacion 16 caracterizado porque el otro canal de circulacion de electrolito de la otra pila de combustible es coincidente con el canal (24) de circulacion de electrolito de la pila de combustible.
ES201530435A 2015-03-31 2015-03-31 Dispositivo generador eléctrico que incorpora una pila de combustible Expired - Fee Related ES2588385B1 (es)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201530435A ES2588385B1 (es) 2015-03-31 2015-03-31 Dispositivo generador eléctrico que incorpora una pila de combustible
PCT/ES2016/070221 WO2016156650A1 (es) 2015-03-31 2016-03-30 Dispositivo generador eléctrico que incorpora una pila de combustible

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201530435A ES2588385B1 (es) 2015-03-31 2015-03-31 Dispositivo generador eléctrico que incorpora una pila de combustible

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2588385A1 ES2588385A1 (es) 2016-11-02
ES2588385B1 true ES2588385B1 (es) 2017-08-17

Family

ID=57006607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES201530435A Expired - Fee Related ES2588385B1 (es) 2015-03-31 2015-03-31 Dispositivo generador eléctrico que incorpora una pila de combustible

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2588385B1 (es)
WO (1) WO2016156650A1 (es)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080268298A1 (en) * 2007-04-26 2008-10-30 Eickhoff Steven J Power source with capacitor
IT1397223B1 (it) * 2009-12-30 2013-01-04 St Microelectronics Srl Cartuccia per la produzione di idrogeno, sistema per la produzione di idrogeno e relativo metodo di produzione
CN102797970A (zh) * 2011-05-27 2012-11-28 中国地质大学（武汉） 一种基于氢能的储能供能一体化系统
US20130341188A1 (en) * 2012-06-20 2013-12-26 María de les Neus SABATÉ VIZCARRA Fuel cell and analysis device that comprise it
WO2014178744A1 (en) * 2013-04-29 2014-11-06 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu "Lukoil - Nizhegorodsky Nauchno-Issledovatelsky I Proektny Institut Po Pererabotke Nefti" Fuel cell for generating electricity using hydrogen sulfide as fuel, method for generating electricity and method of purifying hydrogen sulfide-containing gas using the fuel cell
CN203691286U (zh) * 2014-01-07 2014-07-02 龙诗东 一种压力发电与氢氧燃料电池发电一体化的发电系统
CN103923998A (zh) * 2014-04-23 2014-07-16 浙江大学 一种应用于核酸扩增实时电化学pH检测的反应体系和检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
ES2588385A1 (es) 2016-11-02
WO2016156650A1 (es) 2016-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shen et al. Towards best practices for improving paper-based microfluidic fuel cells
Krishnamurthy et al. Computational modeling of microfluidic fuel cells with flow-through porous electrodes
ES2663802T3 (es) Disposición de células electroquímicas
Buie et al. Water management in proton exchange membrane fuel cells using integrated electroosmotic pumping
ES2656364T3 (es) Electrodos para su uso en células de combustible bacterianas y células de electrolisis bacterianas y células de combustible bacterianas y células de electrolisis bacterianas que emplean tales electrodos
JP2012528458A5 (es)
Chino et al. A paper microfluidic fuel cell powered by urea
JP2012528459A5 (ja) 高熱伝導率体を使用する電気エネルギー蓄積装置または電気化学エネルギー発生装置の温度を変更するシステム
ATE509143T1 (de) Elektrochemische zelle mit gasdiffusionselektroden
ES2905654T3 (es) Modelo de pronóstico de pila de combustible basado en diagrama de circuito equivalente
JP2015187287A (ja) 水電解方法及び水電解装置
ES2653677T3 (es) Gestión del funcionamiento de un sistema para producir energía eléctrica a partir de hidrógeno e hidrógeno a partir de energía eléctrica
CN103066307B (zh) 一种自呼吸直接甲醇燃料电池
BR112013026453A2 (pt) célula eletroquímica e uso da célula eletroquímica
CN105355958B (zh) 一种利用微流体技术实现多电解液结构的新型电池
ES2753254T3 (es) Método y aparato para producir gas
ES2561454T3 (es) Pila de combustible aerobia y conjunto apilado de pilas para la oxidación de iones con oxígeno
BR0011383A (pt) Célula de combustìvel para gerar uma corrente em resposta a presença de acetileno em um fluido,dispositivo sensor para gerar uma corrente em resposta a presença de acetileno em um gás, e, sistema para monitorar um gás em um fluido dielétrico
ES2588385B1 (es) Dispositivo generador eléctrico que incorpora una pila de combustible
Rhee et al. Induced-charge membrane capacitive deionization enables high-efficient desalination with polarized porous electrodes
Kim et al. Nature inspired cathodes using high-density carbon papers with an eddy current effect for high-rate performance lithium–air batteries
Stroman et al. A calibrated hydrogen-peroxide direct-borohydride fuel cell model
JP2013509590A (ja) ベント部材を備えたセンサー
Lu et al. A counter-flow-based dual-electrolyte protocol for multiple electrochemical applications
ES2634338T3 (es) Procedimiento y dispositivo para la desalinización de soluciones acuosas mediante electrodiálisis

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2588385

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B1

Effective date: 20170817

FD2A Announcement of lapse in spain

Effective date: 20211001