Caracterización voltamétrica de pilas de hidrógeno con el sistema SCRIBNER-BALTICFUELCELL

Abstract

Aquest treball de final de grau s’ha centrat en l’estudi experimental de cel·les de combustible de membrana d’intercanvi protònic, amb l’objectiu de caracteritzar-les electroquímicament mitjançant tècniques voltamètriques. A través d’assajos controlats, s’han analitzat paràmetres clau com el fuel crossover (pas d’hidrogen a través de la membrana) i la superfície electroquímicament activa, que permeten avaluar l’estat de la membrana i del catalitzador.

Per fer-ho, s’ha desenvolupat un protocol d’assaig automatitzat utilitzant el sistema Scribner 850, el potenciòstat 885 i una cel·la d’assaig BalticFuelCells de 25 cm2, sota condicions controlades de temperatura, humitat i pressió. Aquest protocol inclou etapes de purga, estabilització i mesura, i permet fer barrats voltamètrics de manera precisa i repetible.

Els resultats obtinguts demostren que la voltametria lineal de rastreig permet quantificar clarament el pas d’hidrogen per la membrana, mentre que la voltametria cíclica facilita l’estimació de la superfície activa del catalitzador. Es conclou que ambdues tècniques són útils per detectar degradació, pèrdua de rendiment o defectes en cel·les PEM, i poden aplicar-se com a eina de diagnòstic no destructiu en entorns de recerca o control de qualitat.

Este trabajo de fin de grado se ha centrado en el estudio experimental de pilas de combustible de membrana de intercambio protónico, con el objetivo de caracterizarlas electroquímicamente mediante técnicas voltamétricas. A través de ensayos controlados, se han analizado parámetros clave como el fuel crossover (paso de hidrógeno a través de la membrana) y el área superficial electroquímicamente activa, que permiten evaluar el estado de la membrana y del catalizador. Para ello, se ha desarrollado un protocolo de ensayo automatizado utilizando el sistema Scribner 850, el potenciostato 885 y una celda de ensayo BalticFuelCells de 25 cm2, todo bajo condiciones controladas de temperatura, humedad y presión. Este protocolo incluye etapas de purga, estabilización y medición, y permite realizar barridos voltamétricos de forma precisa y repetible. Los resultados obtenidos demuestran que la voltametría lineal de barrido permite cuantificar con claridad el crossover de hidrógeno, mientras que la voltametría cíclica facilita la estimación del área activa del catalizador. Se concluye que ambas técnicas son herramientas útiles para detectar signos de degradación, pérdida de rendimiento o defectos en pilas PEM, y pueden aplicarse como diagnóstico no destructivo en entornos de investigación o control de calidad.

This undergraduate thesis focuses on the experimental study of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), aiming to characterize them electrochemically through voltametric techniques. Controlled tests were conducted to evaluate key parameters such as fuel crossover (the passage of hydrogen through the membrane) and the electrochemically active surface area, both of which are essential for assessing the condition of the membrane and the catalyst. To achieve this, an automated testing protocol was developed using the Scribner 850 system, the 885 potentiostat, and a BalticFuelCells 25 cm2 test fixture, all under controlled conditions of temperature, humidity, and pressure. The protocol includes stages of purging, stabilization, and measurement, and allows voltametric sweeps to be performed with high accuracy and repeatability. The results show that linear sweep voltammetry effectively quantifies hydrogen crossover, while cyclic voltammetry enables estimation of the active catalytic surface. It is concluded that both techniques are valuable tools for detecting degradation, performance loss, or defects in PEM cells, and can be applied as non-destructive diagnostic methods in both research and quality control settings.