ANÁLISIS DE FALLOS DE MEAs COMERCIALES PARA ELECTRÓLISIS PEM

Abstract

Se analizaron dos fallos prematuros de MEAs comerciales con membrana Tion5-W y capas catalíticas de negro de platino. Los fallos ocurrieron durante un protocolo de degradación en una celda PEM de 25 cm² operada a 60 °C y presión atmosférica, con etapas galvanostáticas de 168 h separadas por pausas de 12 h. En ambos experimentos el voltaje y la temperatura de celda aumentaron de forma imprevista y luego el voltaje cayó abruptamente, lo que es compatible con un cortocircuito interno. Esto ocurrió incluso cuando, en el segundo ensayo, se aumentó el caudal de agua, se usó un reservorio de mayor volumen y se mejoró la ventilación. La EIS mostró un incremento de la resistencia aparente de la celda.

El análisis post mortem por EDXRF reveló contaminación por Cu y Zn en las MEAs, las placas de flujo y los PTLs. Los depósitos fueron especialmente severos en el cátodo de la segunda MEA, con contenidos relativos de aproximadamente 59 % de Cu y 57 % de Zn. Por DRX con refinamiento Rietveld se identificó cuprita (Cu₂O, 93,3 % en peso) como fase mayoritaria, junto con Cu metálico y Pt residual. El Zn no presentó reflexiones cristalinas, lo que sugiere depósitos amorfos o de baja cristalinidad. El agua de recirculación contenía Cu, Zn y fluoruro (1,1 y 1,2 mg L⁻¹), lo que evidencia degradación química de la membrana PFSA. Las juntas del circuito hidráulico resultaron ser de latón plomado con recubrimiento de níquel, lo que las señala como la fuente más probable de contaminación.

Se propone el siguiente mecanismo: los metales lixiviados se depositan preferentemente en condiciones reductoras del lado catódico y forman depósitos conductores locales. Estos generan heterogeneidades de corriente y puntos calientes, aceleran la degradación de la membrana y finalmente provocan el fallo por cortocircuito interno.