Introducción y objetivos

En el artículo titulado “Three-dimensional modeling of gas–liquid flow in the anode bipolar plate of a PEM electrolyzer” publicado en el Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering (Springer), los autores Özdemir and Taymaz de Sakarya University (Turquía) utilizan COMSOL Multiphysics para la modelización tridimensional del flujo gas-líquido en la placa bipolar de un electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM) [1].

Los electrolizadores PEM se utilizan para producir hidrógeno de alta pureza a partir del agua mediante electricidad [2]. Comprender en profundidad los distintos fenómenos de transporte de masa que tienen lugar dentro de estos dispositivos electroquímicos es clave para el futuro desarrollo de esta tecnología y la optimización de los diseños. El estudio de Özdemir and Taymaz tiene como objetivo investigar el comportamiento del flujo bifásico dentro de la placa de flujo del ánodo de un electrolizador de este tipo utilizando modelos computacionales avanzados de dinámica de fluidos (CFD).

El estudio se centra en la creación de un modelo tridimensional basado en el enfoque de mezcla para analizar el flujo de oxígeno y agua en la placa de flujo del ánodo. Este enfoque permite estudiar cómo el número de canales afecta a la distribución de oxígeno, el perfil de velocidad y la caída de presión.

Fig 1. Fracción volumétrica de gas para diferente número de canales [1].

Resultado y conclusiones

Los resultados de las simulaciones numéricas llevados a cabo en COMSOL mostraron que, al aumentar el número de canales, la concentración de oxígeno en el centro de la placa aumenta, mientras que la caída de presión disminuye. Esto significa que el diseño de los canales es crucial para mejorar el rendimiento del electrolizador. También se observó que la distribución de oxígeno es más alta en la salida de los canales, lo que indica que el diseño de flujo juega un papel importante en la eficiencia de la eliminación de los productos gaseosos. La figura 1 muestra la fracción volumétrica de gas para diferente número de canales, cuando el caudal de agua a la entrada del ánodo es de 200 mL/min y el de oxígeno 10 mg/s.

Este trabajo es un magnífico ejemplo de la importancia de utilizar COMSOL Multiphysics para modelar y optimizar el diseño de electrolizadores PEM, de forma que los resultados obtenidos puedan ser de utilidad para los fabricantes de estos equipos.

Referencias

[1] Özdemir and Taymaz, Three-dimensional modeling of gas–liquid flow in the anode bipolar plate of a PEM electrolyzer, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering (2022), 44, 354.
[2] El-Shafie, Hydrogen production by water electrolysis technologies: A review, Results in Engineering (2022), 20, 101426