Electrolizador para la generación de hidrógeno

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Electrolizador para la generación de hidrógeno
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Electrolizador de laboratorio para la generación de hidrógeno por descomposición electroquímica del agua.


Electrolizador para la generación de hidrógeno. Electrolizador de laboratorio para la generación de hidrógeno por descomposición electroquímica del agua.

Electrolizador de laboratorio para la generación de hidrógeno

La radiación solar incidente sobre la superficie terrestre, desde el punto de vista energético, alcanza valores mayores a lo consumido por los humanos en todo un año. De ahí que, en la búsqueda de soluciones para la sustitución de las fuentes convencionales de energía, contaminantes y no renovables, la energía solar esté jugando un papel de creciente importancia, puesto que es la única que, a largo plazo, podría satisfacer la creciente demanda energética existente en el planeta. En ese marco, la tecnología de almacenamiento será el factor clave para que el Sol se transforme en la fuente energética fundamental en el futuro.

El eficiente aprovechamiento de la energía solar para la generación sostenible de hidrógeno, requiere de bajos costos en los diseños, combinado con materiales funcionales y métodos de fabricación económicamente rentables a gran escala.

En el laboratorio del Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES), como parte del Proyecto Hidrógeno Solar, fue desarrollado un electrolizador de laboratorio para el estudio de procesos de descomposición electroquímica del agua, materiales para electrodos, diafragmas y otros elementos componentes de los equipos.

Este equipo es un aporte básico para profundizar en la aplicación de materiales y tecnologías propios para la obtención de hidrógeno y oxígeno por el método de descomposición electroquímica del agua, que, según la bibliografía actual, es uno de los más utilizados a escala industrial.

Diseño y construcción

El electrolizador se construyó con materiales usados comúnmente para la manufactura de equipos y accesorios para ensayos de laboratorio de Electroquímica. Su diseño consta de las partes fundamentales siguientes:

  • Marcos de acrílico transparente: Constituyen el elemento estructural de la celda electrolítica. Fabricados con laminado de 12 mm de espesor.
  • Diafragmas: Se utilizan planchas de asbesto, de 5 mm de espesor.
  • Juntas: De caucho negro.
  • Electrodos monopolares: Construidos con laminado de acero al carbono, niquelados por vía electrolítica, con espesor

medio de 60 mm y perforaciones para ajustar la superficie a las dimensiones requeridas.

  • Electrodos bipolares: Laminado de acero niquelado, de forma análoga a los monopolares. Pestañas y cilindros para contactos eléctricos.
  • Tapas exteriores: De acrílico, de 12 mm de espesor.
  • Espárragos y tuercas para la fijación del conjunto de celdas: De bronce niquelado, de 10 mm de

diámetro. La celda elemental de H2 está compuesta por los elementos representados en la figura 1 y la tabla 1.

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  1. Esquema de celda elemental.
  2. Salida H2.2
  3. Marco de acrílico.
  4. Cátodo.
  5. Catolito.
  6. Entrada de H2O.
  7. Anolito.
  8. Electrodo bipolar.
  9. Ánodo.
  10. Salida de O2.

Tabla 1 Dimensiones de las celdas electrolíticas elementales

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Evaluación del electrolizador

La puesta en marcha del electrolizador de laboratorio se realizó según el esquema de la siguiente figura 2.

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Fig.2. Esquema de instalación para la evaluación del electrolizador de laboratorio. Para la obtención de agua destilada se utiliza un prototipo de destilador solar (1), diseñado para esos fines; la recolección del destilado se realiza en la vasija (2); la conexión del electrolizador (3) a la fuente de corriente directa convencional tipo RLM-26 de fabricación alemana (4), con rangos de voltajes de 0-25 V y de intensidades de corriente de 0-50 A; el conducto de salida de hidrógeno se hace circular a través del separador (5), y la intensidad del flujo se mide con el equipo (7), tipo KLM-27, de fabricación alemana; el hidrógeno obtenido se expulsa a la atmósfera fuera del laboratorio de ensayos; se procede igualmente con el oxígeno producto de la electrólisis a través del separador (6), y la medición con el equipo similar al anterior (8); el oxígeno se expulsa a la atmósfera.

Fueron comprobados todos los elementos componentes del sistema:

  • Hermeticidad del electrolizador.
  • Hermeticidad de la línea de salida de gases.
  • Funcionamiento de los flujómetros en el rango de salida de los gases.
  • El funcionamiento de la línea de retorno del electrolito y el suministro de agua.
  • Paralelamente, se evalúa el destilador solar.

El método utilizado para la evaluación fue la observación visual y la rectificación de los problemas presentados en el trabajo. Posteriormente, se pasó a comprobar los parámetros fundamentales de la electrólisis.

Resultados y análisis

  1. Fueron obtenidos los electrodos bipolares para el electrolizador de laboratorio por electrodo de posición, con capas de Ni con espesores de 50-60 ìm.
  2. Fue evaluado satisfactoriamente el electrolizador, utilizándose para ello la capacidad de dos celdas electrolíticas solamente, por la capacidad de la fuente de corriente.

Los parámetros fundamentales medidos y los resultados fueron los siguientes:

  • Tensión en cada celda: 1,9-2,8 V para el intervalo de densidades de corriente 4,7-37 mA/cm2, lo cual es comparable con electrolizadores comerciales.
  • Tensión total: 3,9-5,5 V para el mismo intervalo de densidades de corriente.
  • Flujo de H2: en la figura 3 se muestra gráficamente la variación del flujo de gases en el intervalo de densidades de corriente medido.

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Fig. 3. Variación del flujo de gases en el intervalo de densidades de corriente de trabajo. Los flujos de gases obtenidos corresponden a los esperados según las características del equipo diseñado, y los regímenes de trabajo establecidos.

Vea También.

Fuente

  • Bermúdez Torres,Juan M, Hernández Nazario, Lissethy. Revista Científico-Popular de Cubasolar, abril-junio 2011, no.54, p.42-44. ISSN:1028-9925.
  • Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES), Santiago de Cuba.