De la investigación con celdas a los electrolizadores a escala de MW: el futuro de la producción de hidrógeno
A medida que las tecnologías del hidrógeno pasan de los laboratorios de investigación a la producción comercial, resulta cada vez más esencial contar con un conocimiento electroquímico más profundo. La familia de sistemas de análisis de dispositivos Active Line (ALDAS) de HIOKI ayuda a los desarrolladores, fabricantes y operadores de plantas a comprender el rendimiento de los electrolizadores, a ampliar la escala basándose en datos —y no en suposiciones— y a convertir la tecnología del hidrógeno en un éxito comercial.
Diagnóstico electroquímico para la producción de hidrógeno
El hidrógeno verde se considera uno de los pilares fundamentales de la transición energética. Permite la descarbonización de sectores que son difíciles de electrificar directamente, entre ellos la industria siderúrgica y química, las refinerías, el transporte pesado y los sistemas de almacenamiento de energía a largo plazo. Además, el hidrógeno puede contribuir a equilibrar las fluctuaciones en el suministro de energías renovables procedentes de instalaciones eólicas y solares, almacenando el exceso de electricidad y volviéndola a suministrar cuando sea necesario.
Para que la producción de hidrógeno a escala industrial resulte rentable, los electrolizadores deben ser más eficientes, fiables y duraderos. Un requisito previo para estas mejoras es comprender en detalle los procesos electroquímicos que tienen lugar en el interior de las celdas y las pilas en condiciones reales de funcionamiento.
La espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) se ha consolidado como uno de los métodos de diagnóstico más eficaces para este fin. Proporciona información valiosa sobre las resistencias internas, los procesos de transferencia de carga, las limitaciones en el transporte de sustancias, el comportamiento de la membrana y los mecanismos de envejecimiento. De este modo, los desarrolladores pueden optimizar de forma específica los electrolizadores y acelerar los procesos de desarrollo.
La familia de productos HIOKI ALDAS ofrece este diagnóstico EIS rápido y potente en todas las fases del desarrollo de los electrolizadores. Desde la investigación de celdas individuales con ALDAS-α, pasando por el diagnóstico y la validación de pilas, hasta el escalado con ALDAS-Mini y el diagnóstico de instalaciones industriales de MW con ALDAS-E, los sistemas ofrecen una plataforma escalable para mediciones de impedancia de alta precisión en condiciones de funcionamiento realistas. De este modo, los usuarios obtienen los conocimientos electroquímicos necesarios para una ampliación basada en datos y para el éxito en la aplicación de su tecnología del hidrógeno.
| Sistema | Sistema ALDAS-α | ALDAS-Mini | ALDAS-E |
|---|---|---|---|
| Característica: Posicionamiento | ALDAS-α: Laboratorio / I+D | ALDAS-Mini: Plantas piloto / Pilas | ALDAS-E: Industria / Plantas de MW |
| Característica: Aplicación típica | ALDAS-α: Células individuales, pequeños montajes experimentales | ALDAS-Mini: Escalado de celdas, pilas pequeñas, plantas piloto | ALDAS-E: Grandes electrolizadores, instalaciones industriales |
| Característica: Ámbitos de aplicación | ALDAS-α: Universidades, institutos de investigación, laboratorios de I+D | ALDAS-Mini: Desarrolladores de sistemas, proyectos piloto, integradores | ALDAS-E: Fabricantes de equipos originales (OEM), productores de hidrógeno, operadores de instalaciones industriales |
| Característica: Principales ventajas | ALDAS-α: Rápido desarrollo de materiales y componentes | ALDAS-Mini: Diagnóstico paralelo de celdas y pilas, así como ampliación de escala | ALDAS-E: Supervisión y optimización completas del sistema |
¿Qué distingue a ALDAS?
La espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) proporciona información valiosa sobre los sistemas electroquímicos. Sin embargo, las soluciones EIS convencionales suelen limitarse a entornos de laboratorio y a pequeñas celdas de ensayo. Por ello, a menudo solo es posible analizar los electrolizadores de forma limitada en condiciones de funcionamiento realistas.
La familia de productos HIOKI ALDAS se ha desarrollado precisamente para superar estas limitaciones. A diferencia de los sistemas EIS clásicos, ALDAS permite realizar mediciones de impedancia en electrolizadores en funcionamiento, desde celdas de investigación individuales hasta instalaciones industriales de MW. De este modo, es posible analizar con precisión el rendimiento, la eficiencia y los mecanismos de envejecimiento en condiciones reales de funcionamiento. Estos resultados proporcionan información decisiva para su posterior aplicación.
Otra ventaja esencial es su gran flexibilidad. Los sistemas ALDAS pueden integrarse sin problemas en bancos de pruebas de electrolizadores ya existentes cuando sea necesario. En lugar de equipar cada banco de pruebas con su propio hardware EIS, un único sistema ALDAS puede utilizarse de forma flexible en distintos proyectos y entornos de ensayo. Esto aumenta la utilización de la tecnología de medición y, al mismo tiempo, reduce los costes de inversión. Las tres soluciones de ALDAS cubren todas las fases de desarrollo, desde la investigación de materiales hasta la validación de pilas y la explotación industrial.
ALDAS-α: optimizado para el desarrollo de celdas y materiales
ALDAS-α se ha desarrollado específicamente para la fase inicial de la investigación sobre el hidrógeno, en la que el comportamiento electroquímico de los materiales, los componentes y las celdas individuales ocupa un lugar central.
Los investigadores que desarrollan catalizadores, membranas, unidades de membrana y electrodo (MEA) o estructuras de electrodos necesitan información detallada sobre la cinética de reacción, la transferencia de carga y los procesos de envejecimiento. ALDAS-α proporciona esta información mediante mediciones de impedancia rápidas y de alta precisión, lo que contribuye a acortar los plazos de desarrollo y a impulsar más rápidamente las nuevas tecnologías.
Una ventaja especial de ALDAS-α es que el sistema puede realizar mediciones EIS rápidas y, al mismo tiempo, suministra la corriente continua necesaria de hasta 20 A directamente desde la unidad principal. De este modo, se simplifica considerablemente la configuración de la medición y los investigadores pueden centrarse en análisis electroquímicos significativos, en lugar de tener que configurar complejas técnicas de medición.
Para el ensayo de materiales, el desarrollo de catalizadores, la optimización de membranas y la caracterización de celdas individuales, ALDAS-α proporciona los conocimientos decisivos para tomar decisiones de desarrollo bien fundamentadas y llevar tecnologías prometedoras a la madurez comercial.
ALDAS-Mini: el nexo entre la investigación celular y el desarrollo de pilas
Con la transición de celdas individuales a celdas más grandes y pilas cortas, aumentan tanto las corrientes de funcionamiento como la complejidad del comportamiento del sistema. ALDAS-Mini se ha diseñado específicamente para esta fase de desarrollo, en la que es necesario validar los resultados de laboratorio en condiciones que se acerquen mucho más a la futura producción industrial de hidrógeno.
El sistema permite realizar mediciones EIS en celdas de gran superficie y pilas cortas con corrientes muy elevadas. Muchos efectos —como el equilibrio hídrico, las limitaciones en el transporte de gases, el comportamiento térmico o las pérdidas locales— solo se hacen evidentes a altas densidades de corriente.
Con capacidades de medición de hasta 2000 A, así como análisis EIS rápidos y fiables, ALDAS-Mini ayuda a los desarrolladores a identificar los límites de rendimiento, optimizar las condiciones de funcionamiento y detectar precozmente los primeros indicios de envejecimiento, antes de que se construyan sistemas de electrolizadores de mayor tamaño.
De este modo, ALDAS-Mini cierra la brecha entre la investigación básica en celdas individuales y el desarrollo de electrolizadores comerciales.
ALDAS-E: Diagnóstico para electrolizadores a escala industrial
ALDAS-E se ha desarrollado para realizar mediciones EIS en grandes conjuntos de electrolizadores que funcionan con altas tensiones y corrientes, desde instalaciones de kW hasta las de MW.
Una ventaja fundamental del sistema es que se puede conectar fácilmente a los electrolizadores en funcionamiento. De este modo, se pueden realizar análisis de impedancia exhaustivos sin necesidad de modificar los bancos de pruebas existentes ni interrumpir los trabajos de desarrollo en curso. De este modo, los ingenieros obtienen información valiosa sobre el comportamiento del conjunto de electrolizadores en condiciones reales de funcionamiento.
ALDAS-E permite el análisis simultáneo de varios puntos de medición dentro de una pila de electrolizadores. De este modo, se pueden detectar desequilibrios, pérdidas locales, efectos del envejecimiento y otros factores que pueden afectar a la eficiencia y a la vida útil.
Para los fabricantes de electrolizadores industriales, así como para los operadores de plantas de producción de hidrógeno, ALDAS-E facilita la validación, las pruebas de vida útil, la optimización del funcionamiento y la localización de fallos. De este modo, el sistema contribuye a mejorar de forma sostenible la eficiencia, la disponibilidad de las instalaciones y la vida útil de las pilas en el ámbito industrial.
De la investigación celular a la producción comercial de hidrógeno con ALDAS
La expansión exitosa de la producción de hidrógeno verde requiere electrolizadores que sean eficientes y duraderos, además de estar optimizados para su uso industrial. La familia de productos HIOKI ALDAS acompaña este proceso de desarrollo con un diagnóstico EIS escalable y rápido, desde la investigación inicial de materiales hasta los electrolizadores a escala de MW.
Gracias al apoyo específico que ofrece en cada fase de desarrollo, ALDAS proporciona a investigadores, fabricantes y operadores de instalaciones precisamente los conocimientos electroquímicos necesarios para trazar con éxito el camino desde la investigación hasta la producción rentable de hidrógeno.
