Contaminación metálica como mecanismo de falla en MEAs comerciales para electrólisis PEM: evidencia electroquímica, post mortem y análisis de agua

Abstract

El trabajo analiza dos fallas prematuras en MEAs comerciales para electrólisis PEM, operadas a 60 °C, 0,76 A·cm⁻² y presión atmosférica con recirculación de agua ultrapura por el ánodo. El objetivo es identificar el mecanismo de degradación combinando datos de operación, análisis post mortem de los componentes y caracterización química del agua. En las dos experiencias el voltaje subió de forma progresiva, con una tasa de degradación de 2.950 µV·h⁻¹ en la muestra 2, y luego cayó de golpe, lo que es compatible con un cortocircuito interno. La EIS mostró que la resistencia óhmica aparente iba en aumento. El EDXRF detectó Cu y Zn en concentraciones anómalas, sobre todo en el lado catódico, con hasta un 59 % de Cu y un 57 % de Zn en la segunda experiencia. Ambos metales aparecieron también en el agua de recirculación medida por MP-AES, con hasta 3,7 mg·L⁻¹ de Cu y 8,2 mg·L⁻¹ de Zn, pero no en el agua de alimentación. El XRD identificó cuprita y cobre metálico depositados en el cátodo, lo que confirma la reducción del cobre en ese electrodo. La presencia de fluoruro en el agua indica además que la membrana perfluorosulfonada se estaba degradando. Como los fittings genéricos del circuito hidráulico resultaron ser de una aleación de Cu-Zn compatible con latón niquelado, los autores los proponen como la fuente principal de la contaminación y de la falla.