“Estudio Experimental de la Producción de Hidrógeno en una ...

MEMORIAS DEL XXVII CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 22 al 24 DE SEPTIEMBRE DE 2021 PACHUCA, HIDALGO, MÉXICO

Tema A4 Termofluidos: Transformación de la energía

“Estudio Experimental de la Producción de Hidrógeno en una Celda Electrolítica Alcalina”

F. A. Jiménez-Becerra ∗, F. Oviedo-Tolentino 𝒂, M. Loredo-Tovías 𝒂, M. A. Gallegos-

Guerrero 𝒂

𝑎 Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Av. Dr. Manuel Nava 8, Zona Universitaria Poniente, San Luis

Potosí, S.L.P. 78290, México

∗Autor contacto. Dirección de correo electrónico: [email protected]

R E S U M E N

En este trabajo se presenta un estudio experimental de la producción de hidrógeno mediante la electrólisis del

agua alcalina (AWE) utilizando electrodos de carbono y solución electrolítica de NaOH. El experimento

consiste en analizar la generación de hidrógeno como función de los parámetros eléctricos y la concentración

del electrolito. Se midió el flujo volumétrico variando voltaje, frecuencia y concentración. La adquisición de

los datos se obtuvo mediante un microcontrolador Arduino adaptado a una fuente de energía de voltaje variable.

Los resultados muestran que la eficiencia en la producción de hidrógeno tiene ventajas en concentraciones

molares de 0.2 y 0.5. La frecuencia eléctrica actúa inversamente proporcional a la eficiencia de Faraday. Por

otro lado, la energía por unidad de volumen del hidrógeno producido es mínima para una molaridad de 0.5,

voltaje de 5 V y frecuencia de 1000 Hz.

Palabras Clave: Electrólisis, Producción de hidrógeno, Celda electrolítica.

A B S T R A C T

In this work an experimental study of hydrogen production through alkaline water electrolysis (AWE) using

carbon electrodes and NaOH electrolyte is conducted. During the experiments, the hydrogen generation is

measured as a function of the electrical parameters and the electrolyte concentration. The volumetric flow

measures were conducted by varying the: voltage, frequency and electrolyte concentration. Data acquisition

was obtained by means of an Arduino controller adapted to a variable voltage power source. The results show

that the efficiency of the hydrogen production has advantages at molar concentrations of 0.2 and 0.5. The

electrical frequency acts inversely proportional to the Faraday frequency. On the other hand, the energy per unit

volume of hydrogen production is minimum for a molarity of 0.5, voltage of 5 V and frequency of 1000 Hz.

Keywords: Electrolysis, Hydrogen production, Electrolytic cell.

ISSN 2448-5551 T 186 Derechos Reservados © 2021, SOMIM


1. Introducción

La energía es una necesidad para el desarrollo económico

y social del mundo en la actualidad, ~ 65% de la demanda

mundial de energía se satisface con combustibles fósiles

no renovables que provocan con sus emisiones el

calentamiento global y daños a la salud y al ambiente [1].

El gas hidrógeno ha sido considerado como una fuente de

energía ideal que podría reemplazar la necesidad de

combustibles fósiles, debido a su alta densidad energética

con cero emisiones de carbono [2,3]. Las amenazas del

cambio climático y la necesidad de alcanzar los objetivos

de desarrollo sostenible globales exigen cambios

económicos y sociales sin precedentes en todo el mundo,

incluida una transformación fundamental del sistema

energético mundial [4].

Proporcionar una energía asequible, confiable y

ambientalmente sostenible a la población mundial

representa un desafío importante para la primera mitad de

este siglo y más allá. Se prevé que la población mundial

aumente a 8,9 mil millones de personas para 2050, y se

prevé que el consumo mundial de energía primaria

aumente en un 77% a 837 quads durante el mismo

período de tiempo. Solo en Estados Unidos, se espera que

el consumo de energía aumente de 102 a casi 200 quads

entre ahora y 2050 [5].

La concientización de la sociedad a utilizar productos

con baja huella ecológica demanda cada vez más el uso

de fuentes de energía sustentables. Por esta razón se ven

con mayor frecuencia en viviendas y pequeños negocios

sistemas de suministro energético ecológicos como son

los paneles solares.

En México el proveedor gubernamental de energía

eléctrica la CFE, permite realizar la interconexión del

sistema de paneles solares con la red que ellos

proporcionan. Lo que le da al usuario la capacidad de usar

la energía proveniente de CFE solo cuando los paneles

solares no cubren la totalidad del consumo del usuario, lo

que le representa una disminución importante en su

recibo de energía.

Por otra parte, si la producción de energía de los

paneles sobrepasa el consumo, se tienen dos opciones

una es el reinyectar a la red la energía representando una

disminución en el recibo de pago, la otra opción es el

almacenar esta energía para reutilizarla cuando sea

necesaria.

En comparación, con otras tecnologías de

almacenamiento de energía como las baterías de iones de

litio o las pilas de combustible, la producción de

hidrógeno (H2) a partir de fuentes de energía renovables

ofrece la promesa de un portador de energía limpia y

sostenible que se puede producir a partir de recursos

energéticos domésticos en todo el mundo. Hacer realidad

esta promesa requerirá avances tecnológicos en la

producción, almacenamiento y uso de hidrógeno.

El Departamento de Energía de USA (U.S. DOE por

sus siglas en inglés) ha establecido una meta de costo

para el hidrógeno de $2,00 a $3.00 kg-1; incluida la

producción, la entrega y la distribución [6]. Este es el

nivel en el que el departamento de energía de USA estima

que el hidrógeno será competitivo en costos con los

combustibles derivados del petróleo [5].

El uso de electricidad renovable para electrolizar el

agua para la producción de hidrógeno (H2) es el método

de generación de energía más convincente, entre las

diferentes tecnologías de energía electroquímicas

disponibles. Consecuentemente, el desarrollo de

tecnologías de electrólisis de agua para la producción de

H2 es de gran urgencia e importancia [1].

La reacción electroquímica de separación del agua

consta de dos reacciones principales, la reacción de

desprendimiento de hidrógeno (HER, por sus siglas en

ingles) en el cátodo y la reacción de desprendimiento de

oxígeno (OER, por sus siglas en ingles) en el ánodo [2].

Para maximizar la eficiencia energética de la

producción de hidrógeno, los electrodos, deben trabajar a

un sobrepotencial bajo y condiciones de estabilidad por

tiempos prolongados [7]. Por lo tanto, se desean

electrodos eficientes con características estructurales

óptimas para generar una cantidad adecuada de H2.

Los sistemas de electrólisis se clasifican en función de

su electrolito. En el presente trabajo se utilizará la

electrólisis de agua alcalina (AWE, por sus siglas en

inglés) debido a que constituye la tecnología más robusta,

económica y extendida en la actualidad a bajas

temperaturas (4-90ºC) [7].

El hidrógeno se considera a menudo el mejor medio

para almacenar energía procedente de fuentes de energía

renovable. Por lo tanto, el procedimiento que

proponemos en esta investigación es la transformación de

la energía eléctrica en energía química produciendo

moléculas diatómicas de los gases hidrógeno (H2) y

oxígeno (O2).

La transformación es mediante la electrólisis del agua,

utilizando electrodos de carbono, como una alternativa

adecuada al catalizador de metal noble (Pt). En la

investigación se busca también una reducción del

potencial de celda para reducir el consumo energético y

operar con mayor eficiencia [8], lo que se denomina

electrólisis asistida por carbono.

Como solución electrolítica se usará el NaOH en

varias concentraciones. Conjuntamente, se exploran los

parámetros eléctricos que afectan esta conversión de

energía, siendo nuestra variable de estudio el flujo

volumétrico de hidrógeno.

1.1 Electrólisis

La producción de hidrógeno a través de la electrólisis del

agua no es un campo nuevo, pero la tecnología en los

últimos tiempos ha experimentado avances vigorosos,

debido a la creciente demanda proporcional de energía

limpia y asequible. La electrólisis es la generación de

reacciones químicas de reducción-oxidación-, es decir, la

transferencia de electrones que ocurren entre un agente

reductor y un oxidante, por medio del paso de



electricidad a través de los electrolitos para separar agua

en sus componentes primordiales: hidrógeno y oxígeno

[9].

El estudio de electrólisis se remonta al año 1800 de las

manos de William Nicholson y Anthony Carlisle quienes

la definieron como el proceso químico por medio del cual

una sustancia o un cuerpo inmersos en una disolución se

descomponen por la acción de una corriente eléctrica

continua.

El análisis del sistema de electrólisis se basa en la

electroquímica la cual es una rama de la fisicoquímica.

Esta rama estudia las transformaciones químicas que

tienen lugar en la interfase entre un conductor electrónico

llamado electrodo y un conductor iónico siendo este una

disolución [10]. De manera general las reacciones en los

electrodos se representan mediante la siguiente expresión

ec. (1).

O e R−+ → (1)

A estas reacciones se les denomina reacciones redox la

ec. (1) indica que para que se realice la reducción de la

especie O a la especie R, estando ambas en disolución es

necesario perturbar esta interfase mediante la aplicación

de un potencial eléctrico externo 𝑒−.

En nuestro caso de investigación la reacción redox que

nos interesa es la electrólisis de agua alcalina (AWE, por

sus siglas en inglés). Este proceso descompone las

moléculas del agua en estado líquido en sus dos

componentes oxígeno e hidrógeno en estado gaseoso. La

ec. (2) describe este proceso

2 2 2

1( ) ( ) ( )

2H O l H g O g→ + (2)

A esta reacción se le llama reacción total, esta se puede

descomponer en las dos sub-reacciones que se

desarrollan en cada uno de los electrodos, ec. (3)-(4).

2 2

1( ) : 2 ( ) 2

2Ánodo R OH H O O g e− −→ + + (3)

2 2( ) : 2 2 ( ) 2Cátodo O H O e H g OH− −+ → + (4)

En la Fig.1 se muestra el esquema de la celda de

electrólisis que se utilizó en este estudio, se observa la

generación de oxígeno e hidrógeno correspondientes a

las sub-reacciones descritas en las ec. (3)-(4).

Figura 1:Esquema celda de electrólisis

La configuración de la celda mostrada en la figura 1 se le

llama gap cell. Se eligió este tipo de celda ya que es

adecuada para la producción de hidrógeno y oxígeno a

nivel experimental y ser de fácil construcción [11].

La gap cell consta de dos electrodos el ánodo

conectado a la terminal positiva y el cátodo conectado a

la terminal negativa de una fuente de alimentación de

corriente directa (cd). Estos electrodos se sumergen en un

electrólito líquido, colocados uno al lado de otro

separado a una distancia fija. La activación de la fuente

de alimentación de cd causa que se genere una diferencia

de potencial entre los electrodos y este a su vez en una

corriente eléctrica, que fluye a través del electrolito

descomponiendo la molécula del agua como lo muestra

la ec. (2).

1.2 Termodinámica de la electrólisis

La disociación de la molécula del agua requiere de

trabajo eléctrico para que se lleve a cabo, en las leyes de

Faraday de la electrólisis se relaciona la masa disociada

con la energía eléctrica suministrada y la masa molecular

del elemento, ec. (5). Por otro lado, haciendo uso de la

función de Gibbs se puede relacionar la energía de

disociación ∆H con la energía de asociación ∆G y la

irreversibilidad del proceso T∆S en el límite adiabático,

ec. (6).

*

*

Q Mm

F z=

(5)

H G T S = + (6)

Suponiendo un proceso reversible en la ecuación anterior

se llega a una relación entre el cambio de entalpía y el

cambio en la energía libre de Gibbs. Además, se tiene la

relación de la energía libre de Gibbs con el trabajo



eléctrico y masa producida, ec (7). La ecuación 7 nos

permite evaluar el voltaje mínimo en la disociación de la

molécula del agua al relacionar las ecuaciones (5)-(6).

revG z F E = (7)

Por lo tanto, la energía mínima para la disociación de la

molécula de agua es 𝐸 𝑟𝑒𝑣= 1.23 V. donde z = 2, F es la

constante de Faraday e igual a 96485 C/mol y el cambio

en la entalpía de la reacción (∆G) es 237.22 kJ/mol. Sin

embargo, en la teoría se observa una diferencia entre las

entalpías de reacción y la libre de Gibbs. La diferencia se

debe a la irreversibilidad presentada en el proceso de

disociación, manifestándose con un sobre potencial. Por

lo tanto, el voltaje para la disociación se incrementa y

puede evaluarse con la siguiente ecuación ec. (8).

sz F E G TdS H = + = (8)

Resolviendo para el voltaje se obtiene el valor de Es

=1.48 V. El valor de entalpía de la reacción de 285.84

kJ/mol, evaluado a la temperatura y presión de referencia

(T = 25ºC y P = 1 atm). El voltaje con sobre potencial, Es,

es usado como referencia para evaluar la eficiencia

termodinámica mostrada en la ec. (9).

rev

cel

E

E = (9)

Los valores de eficiencia representados por la ec. (9), no

considera los valores de corriente producidos por la

resistividad del electrolito. Por lo anterior, se acude con

frecuencia a reconsiderar la definición de la eficiencia.

Una expresión más adecuada para la eficiencia es, la

eficiencia de Faraday, ec. (10).

2

2

( )

( )

H

F

H

V Producido

V Teórico = (10)

La eficiencia de Faraday relaciona el volumen de

hidrógeno producido en la celda experimental y el

volumen de hidrógeno teórico producido que

corresponde al flujo eléctrico durante el tiempo de la

prueba. El volumen de la celda electrolítica se mide

mediante unos tubos de separación graduados, mientras

que el volumen teórico se obtiene mediante la siguiente

expresión, ec. (11).

2( )

2H

I t f R TV teórico

F P

=

(11)

Donde I representa la corriente promedio, t es el tiempo

experimental, R es la constante particular del hidrógeno,

T es la temperatura del medio, P es la presión a la que se

encuentra el hidrógeno en los tubos de separación, f

representa el porcentaje de intermitencia y F la constante

de Faraday. La expresión representada por la ecuación 8

es la que se utilizó en este trabajo para evaluar las

eficiencias obtenidas como función de los parámetros

eléctricos y la concentración.

2 Materiales y método experimental

En la presente sección se detalla el modelo experimental

usado en la investigación.

En la Fig. 2 se muestra el diseño asistido por

computadora por sus siglas en ingles CAD, de la celda

experimental que se utilizó.

La celda está compuesta por un recipiente cuadrangular

de vidrio montada sobre una base de aluminio. Dentro del

recipiente se colocó un sistema de sujeción para los

electrodos, la solución electrolítica, embudos plásticos

para recolección de gases y un sensor de temperatura.

El sistema de sujeción consta de pinzas plásticas

montadas sobre una corredera de acrílico. Lo que hace

posible ajustar la distancia de separación de los

electrodos. En la parte exterior del recipiente de vidrio se

colocaron los embudos de separación cilíndricos. Estos

están conectados por medio de una manguera a los

embudos de plástico. De esta manera los gases se dirigen

directamente a los embudos de separación de vidrio

donde se almacenan y se puede realizar su medición,

debido a que éstos contienen una graduación en su

superficie.

Las medidas de la cuba contenedora del electrolito son

las siguientes: 350.00 mm de largo x 200.00 mm de

ancho x 330.00 mm de alto y está fabricado en vidrio de

5 mm de espesor, como se observa en la Fig. 3.

Figura 2: Diseño CAD de la celda

Figura 3: Medidas de la celda



Los embudos de separación cilíndricos están fabricados

en vidrio bajo la norma ASTM E-1096. Tienen una

capacidad de 250 ml para el hidrógeno y 125 ml para el

oxígeno, la separación de graduación es 5 ml y de 1 ml

respectivamente.

2.1 Electrodos

Siguiendo los resultados de Santhanaraj et al. [12], se

utilizaron barras de grafito en ambos electrodos, cuyas

dimensiones son las siguientes 10 mm de diámetro x 100

mm de alto, estos electrodos tienen una pureza del 99.9%,

ver Fig. 4.

2.2 Electrólito

Se eligió un electrolito del tipo alcalino, hidróxido de

sodio NaOH con norma USP de grado farmacéutico con

una pureza del 95-100%.La solución electrolítica es una

mezcla de 22.0 L. de agua destilada y la sal NaOH a

distintas concentraciones. La Fig. 5 muestra la gráfica de

conductividad vs concentración obtenida mediante el

conductímetro Orion 3 Star de la marca Thermo

scientific.

La Fig. 5 muestra el resultado de 7 distintas pruebas para

cada distinta concentración de electrolito, se observa que

las diferencias entre cada muestra indican una desviación

estándar aceptable.

Se concluye que la relación entre la concentración y la

conductividad del electrólito siguen una distribución

lineal.

2.3 Equipo experimental

El experimento se dividió en dos fases, la

experimentación con voltaje no frecuenciado y

experimentación con voltaje frecuenciado. El control de

la celda en modo no frecuenciado, se realiza mediante un

sistema eléctrico conformado por un PLC Siemens Logo,

contactores, interruptores, botón de paro, fuente de

alimentación, pastilla térmica (interruptor

termomagnético), tarjeta de adquisición de datos

Arduino, sensor de temperatura de tipo sumergible

(Ds18b20), sensor de temperatura ambiental DHT11,

sensor de voltaje (divisor de voltaje) y sensor de corriente

(acs712, de efecto Hall).La conexión esquemática del

sistema se puede observar en la Fig. 6.

En la Fig. 7 se muestra el montaje físico del sistema

controlador en modo de voltaje no frecuenciado.

Mientras que el modo de voltaje frecuenciado, se realizó

mediante un generador de pulsos pwm acoplado a un

puente “H”, la tarjeta de adquisición de datos y los

sensores antes mencionados. Este sistema tiene la

finalidad de crear una onda de voltaje de forma

rectangular con ancho de pulso ajustable.

Figura 5: Grafica conductividad vs concentración

Figura 6: Esquemático de conexión

Figura 7: Montaje físico

Figura 4: Electrodos de grafito



Para nuestras pruebas se ajustó un ciclo de trabajo del

50%, la señal de voltaje se muestra en la Fig. 8.

En ambos modos de operación los datos recopilados por

los sensores de voltaje, corriente y temperatura

conectados a la tarjeta de adquisición de datos, se

enviaron vía comunicación serial al software de

programación LabVIEW el cual los grafica en pantalla y

al finalizar la prueba los exporta como base de datos en

formato Excel.

Es importante destacar que, una vez realizada la

programación de la adquisición y procesamiento de

datos, en el software de LabVIEW, este se descarga en

una plataforma de adquisición de datos de tipo “ni-DAQ”

(de National Instruments), que representa una innovación

reciente; es la combinación de adquisición y control de

datos, donde el sistema DAQ está estrechamente

conectado y sincronizado con un sistema de control en

tiempo real, con el entorno físico de los diversos

elementos que conforman el experimento.

Con la invención y el desarrollo de sistemas de

adquisición de datos, como la plataforma y el software

que se utilizó en el presente trabajo, se recopilan datos

que provienen de los diversos sensores, con niveles de

muestreo importantes; esta condición permite que las

mediciones y registro de datos, en tiempo real, tengan alta

confiabilidad en los procesos de innovación y desarrollo

tecnológico.

De este modo, las mediciones pueden repetirse,

compararse, analizarse con modelos matemáticos

complejos y visualizarse fácilmente de muchas maneras.

Se puede realizar estadística básica o compleja

prácticamente al nivel deseado, para justificar

plenamente el diseño experimental científico requerido.

2.4 Metodología Experimental

La Tabla 1 indica las variables consideradas en los

experimentos.

Tabla 1: Listado parámetros experimentales

2.4.1 Preparación de la celda

Con el fin de retirar residuos que puedan afectar la

concentración del electrolito y evitar incrustaciones de la

sal NaOH en los tubos de medición afectando nuestras

mediciones, se realiza un proceso de limpiado. Este

consiste en sumergir los embudos de adición cilíndricos

en una solución al 5% de ácido nítrico 𝐻𝑁𝑂3 durante 5

minutos y después se lavan con agua destilada, una vez

hecho este procedimiento se realiza la puesta a punto. Se

montan el sistema de porta-electrodos y los embudos

dentro de la cuba neumática y se prepara dentro de ella el

electrólito a la concentración correspondiente. La celda

se encuentra colocada dentro de una cámara de flujo

laminar Fig. 9.

Esta cámara tiene la capacidad de extraer los gases dentro

de ella expulsándolos al ambiente, esta campana sirve

como medida de seguridad ya que evita la posibilidad que

se acumule el hidrógeno en la zona de trabajo, además de

desechar los gases generados al momento de realizar la

solución electrolítica. Una vez preparada la celda se

realiza el montaje de los tubos quedando la celda lista

para funcionar, por lo que se conectan los cables de

alimentación de los colectores de cada electrodo a la

salida del sistema controlador de voltaje necesario según

la prueba a realizar.

2.4.2 Experimentación

Se realizaron 135 pruebas que corresponden a la

combinación de los diferentes valores en las variables

independientes voltaje, frecuencia y concentración tal

como se puede observar en la Tabla 1.

3 Resultados

Las siguientes subsecciones describen los resultados que

se obtuvieron en los experimentos, en cada una de estas

se incluye una gráfica y su análisis.

Parámetro Valores Resistencia

electrodos (ohm)

1 .2

Separación

electrodos (mm)

125

Molaridad de electrólito (mol)

0.0625 0.125 0.2 0.25 0.375 0.5 0.625

Voltaje (V) 5 10 15 20

Frecuencia de onda (Hz)

1 10 100 1000

Figura 9: Celda dentro de cámara de flujo laminar

Figura 8: Onda rectangular con 50 % de ciclo de trabajo



3.1 Generación de Hidrógeno como función del tiempo

En la Fig. 10, se muestran los resultados de la variable

temporal como función de la concentración. En los

experimentos se fijó una base de 60 ml de hidrógeno

como criterio experimental.

Figura 10: Tiempo de experimento vs concentración

Dependiendo de los parámetros eléctricos y de la

concentración la velocidad de acumulación de hidrógeno

se modifica. Para bajas concentraciones y bajos niveles

de voltaje el tiempo para conseguir los 60 ml se

incrementa. Se observa también, que la frecuencia

amplifica el tiempo de llenado del hidrógeno. Para los

resultados entre el voltaje no frecuenciado y el

frecuenciado a 1 Hz, el tiempo de llenado se incrementa

al doble en promedio.

El efecto del tiempo de llenado tiene mayor

sensibilidad para concentraciones de 0.06 hasta 0.24 en

concentración molar. Después de la concentración crítica

M = 0.24 la velocidad de producción de hidrógeno

permanece casi constante. Lo anterior indica que, si la

velocidad de producción de hidrógeno es el objetivo, no

se recomiendan concentraciones superiores a dicho valor.

Por otro lado, el efecto de la frecuencia se incrementa, la

velocidad de producción de hidrógeno se estabiliza. Es

decir, la velocidad de producción de hidrógeno

prácticamente es la misma comparando los resultados

entre voltajes frecuenciados.

3.2 Eficiencias de Faraday en la producción de

hidrógeno

En la Fig. 11 se muestran las eficiencias de Faraday como

función de la concentración. Las respuestas en la

eficiencia demuestran una elevada dependencia de la

concentración del electrolito. El caso de voltaje no

frecuenciado la eficiencia tiende a mejorarse conforme se

incrementa la frecuencia. Para concentraciones molares a

0.2 la eficiencia tiende a perder dependencia con la

concentración. La eficiencia tiene a incrementarse para

bajos voltajes y elevadas frecuencias.

Figura 11: Eficiencia Faraday vs concentración

3.3 Energía del hidrógeno como función de la

concentración

En la Fig. 12 se muestran los costos energéticos de la

producción del hidrógeno como función de la

concentración. El costo energético tiende a elevarse

conforme se incrementa el sobrepotencial en la celda. De

acuerdo a la respuesta obtenida el costo representa baja

dependencia con respecto a la concentración.

Figura 12: Energía por unidad de volumen vs concentración

3.4 Potencia como función de la potencia suministrada.

En la Fig. 13 se muestra la evolución de la potencia como

función de la concentración. La dependencia de la

potencia con la concentración es más notable conforme

se incrementa el voltaje. Los resultados muestran una

tendencia a estabilizarse a partir de una molaridad de 0.5.

Para bajos niveles de voltaje, prácticamente no existe

dependencia entre la potencia con la concentración. Se

sigue mostrando una molaridad critica para el valor de

0.24.



Figura 13: Potencia vs concentración

3.5 Velocidad de producción de hidrógeno como

función de la concentración

En la Fig. 14 se muestran la velocidad de producción de

hidrógeno para los distintos experimentos. Se observa

que independientemente de si el voltaje es frecuenciado

o no la velocidad de producción siempre es más rápida a

mayores voltajes, esto es debido a que a mayores voltajes

se desarrolla mayor densidad de corriente, acelerando las

reacciones químicas que descomponen la molécula del

agua.

Figura 14: Velocidad de producción vs concentración

4 Conclusiones

En este trabajo se estudió experimentalmente la

producción de hidrógeno mediante la electrólisis como

función de los parámetros eléctricos y la concentración.

Los resultados son consistentes en cuanto a la producción

de hidrógeno. Sin embargo, en la evaluación de la

eficiencia se presentan oscilaciones que no muestran una

tendencia coherente. En esta investigación se concluye

que la tarjeta de adquisición de datos no logra capturar

las señales eléctricas frecuenciadas. Por lo tanto, se

requiere reducir la frecuencia tomando como referencia

el tiempo experimental de cada muestra. Los resultados

preliminares respaldan que se pueden determinar zonas

de operación para maximizar la eficiencia para producir

hidrógeno.

REFERENCIAS

[1] Khan, Muhammad Arif, et al. “Recent

progresses in electrocatalysts for water

electrolysis.” Electrochemical Energy

Reviews 1.4 (2018): 483-530.

[2] Zhou, Daojin, et al. “Recent advances in non‐

precious metal‐based electrodes for alkaline

water electrolysis.” ChemNanoMat 6.3 (2020):

336-355.

[3] Singla, Manish Kumar, Parag Nijhawan, and

Amandeep Singh Oberoi. “Hydrogen fuel and

fuel cell technology for 61a cleaner future: 61a

review.” Environmental Science and Pollution

Research (2021): 1-20.

[4] Bogdanov, Dmitrii, et al. “Low-cost renewable

electricity as the key driver of the global energy

transition towards sustainability.” Energy 227

(2021): 120467.

[5] Turner, John, et al. “Renewable hydrogen

production.” International journal of energy

research 32.5 (2008): 379-407.

[6] Milliken, J. Hydrogen, fuel cells and

infrastructure technologies program: Multiyear

research, development and demonstration plan.

No. DOE/GO-102007-2430. National

Renewable Energy Lab.(NREL), Golden, CO

United States, (2007).

[7] de-Simon-Martin, Miguel, et al. "The role of

green hydrogen in the energy transition of the

industry” DYNA 96.2 (2021).

[8] Coughlin, Robert W., and M. Farooque.

"Hydrogen production from coal, water and

electrons." Nature 279.5711 (1979): 301-303.

[9] Kotz, John C., et al. "Chemistry & Chemical

Reactivity, Enhanced Edition." (2010).

[10] Molina-Gómez A. Transferencia electrónica en

la interfase electrodo-disolución. Academia de

ciencias de la región de Murcia. (2013). 1-35.

[11] Godula-Jopek, Agata. Hydrogen production:

by electrolysis. John Wiley & Sons, 2015.

[12] Yuvaraj, A. L., and D. Santhanaraj. "A

systematic study on electrolytic production of

hydrogen gas by using graphite as electrode."

Materials Research 17.1 (2014): 83-87.


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