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ES2932991B2 - ELECTROCHEMICAL DEVICE FOR GENERATION OF ELECTRICITY AND/OR HYDROGEN - Google Patents
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ES2932991B2 - ELECTROCHEMICAL DEVICE FOR GENERATION OF ELECTRICITY AND/OR HYDROGEN - Google Patents

ELECTROCHEMICAL DEVICE FOR GENERATION OF ELECTRICITY AND/OR HYDROGEN

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ES2932991B2 ES202230849A ES202230849A ES2932991B2 ES 2932991 B2 ES2932991 B2 ES 2932991B2 ES 202230849 A ES202230849 A ES 202230849A ES 202230849 A ES202230849 A ES 202230849A ES 2932991 B2 ES2932991 B2 ES 2932991B2
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Chaparro Antonio Martinez
Martinez María Antonia Folgado
Guillen Luis Duque
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Centro de Investigaciones Energeticas Medioambientales y Tecnologicas CIEMAT
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Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

DISPOSITIVO ELECTROQUÍMICO PARA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD Y/O HIDRÓGENO ELECTROCHEMICAL DEVICE FOR GENERATION OF ELECTRICITY AND/OR HYDROGEN

SECTOR DE LA TÉCNICATECHNIQUE SECTOR

La presente invención pertenece al campo técnico de los dispositivos electroquímicos. Más en particular pertenece al campo técnico de dispositivos electroquímicos que permiten generar una corriente eléctrica a partir de una reacción química espontánea que tiene lugar en una célula electroquímica alimentada con un combustible y un oxidante (conocida como pila de combustible, en inglés "fuel cell"), y/o que permiten almacenar energía en el producto de una reacción química causada por energía eléctrica aplicada a dos electrodos de una célula electroquímica alimentada con un precursor adecuado (conocida como electrolizador, "electrolyser"). The present invention belongs to the technical field of electrochemical devices. More particularly, it belongs to the technical field of electrochemical devices that allow generating an electric current from a spontaneous chemical reaction that takes place in an electrochemical cell fed with a fuel and an oxidant (known as a fuel cell, in English "fuel cell"). ), and/or that allow energy to be stored in the product of a chemical reaction caused by electrical energy applied to two electrodes of an electrochemical cell fed with a suitable precursor (known as an electrolyzer, "electrolyser").

Más en particular pertenece al campo técnico de los dispositivos electroquímicos capaces de desarrollar ambas funciones, pila de combustible y electrolizador, sin más que cambiar las condiciones de operación, también conocidos como pilas de combustible reversibles o regenerativas. Por ejemplo, a pilas de combustible reversibles que funcionan a una temperatura por debajo de los 100 oC, y en las que preferentemente el combustible es hidrógeno, el oxidante es el oxígeno del aire, y el precursor es agua, en definitiva capaces de llevar a cabo la reacción H2+0,5O2^ H2O en ambos sentidos. More particularly, it belongs to the technical field of electrochemical devices capable of developing both functions, fuel cell and electrolyzer, without more than changing the operating conditions, also known as reversible or regenerative fuel cells. For example, reversible fuel cells that operate at a temperature below 100 oC, and in which the fuel is preferably hydrogen, the oxidant is oxygen from the air, and the precursor is water, ultimately capable of carrying carry out the reaction H2+0.5O2^ H2O in both directions.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Ya se conocen sistemas con pilas de combustible reversibles. Por ejemplo, EP1665441A2 divulga un sistema reversible de alta o baja temperatura en el que una misma celda puede funcionar como una pila de combustible para generar electricidad y como electrolizador para generar un combustible. Mientras que a alta temperatura esta doble funcionalidad puede involucrar distintos tipos de combustible (hidrógeno, metano, metanol, entre otros), a baja temperatura las dificultades cinéticas restringen esta posibilidad al combustible hidrógeno, siendo además necesario que los electrodos lleven un electrocatalizador para poder combinar ambas funcionalidades de pila de combustible y electrolizador. Sin embargo, el funcionamiento a baja temperatura resulta más adecuado en determinadas aplicaciones, como los sistemas de generación y almacenamiento de energía que aprovechan energías renovables como fotovoltaica o eólica. Resultaría deseable mejorar la densidad de potencia y disminuir el coste de estos sistemas de pilas de combustible reversibles de baja temperatura. Systems with reversible fuel cells are already known. For example, EP1665441A2 discloses a reversible high or low temperature system in which the same cell can function as a fuel cell to generate electricity and as an electrolyzer to generate a fuel. While at high temperature this dual functionality can involve different types of fuel (hydrogen, methane, methanol, among others), at low temperature the kinetic difficulties restrict this possibility to hydrogen fuel, and it is also necessary that the electrodes contain an electrocatalyst to be able to combine both fuel cell and electrolyzer functionalities. However, low temperature operation is more suitable in certain applications, such as energy generation and storage systems that take advantage of renewable energies such as photovoltaics or wind. It would be desirable to improve the power density and reduce the cost of these low temperature reversible fuel cell systems.

Ya se conocen pilas de combustible reversibles que utilizan reactivos mediadores para poder realizar ambas funciones como, por ejemplo, la divulgada en WO2019149770A1. Resultaría deseable mejorar la eficiencia, simplificar el sistema, y ampliar la funcionalidad de estas pilas de combustible reversibles. Reversible fuel cells that use mediating reagents to be able to perform both functions are already known, such as, for example, the one disclosed in WO2019149770A1. It would be desirable to improve the efficiency, simplify the system, and expand the functionality of these reversible fuel cells.

Ya se conocen sistemas y pilas reversibles de baja temperatura para producción y consumo de hidrógeno, como EP2833469A1, EP1665441A2, WO2021095243A1, WO2019149770A1, WO2007091050A1, - KR101955364B1 (A), en los que se utilizan electrodos que pueden funcionar de forma reversible. Ello simplifica el sistema pero aumenta los costes de catalizador especialmente en los electrodos reversibles de oxígeno, que deben ser bi-funcionales, es decir, capaces de catalizar las dos reacciones: reducción de oxígeno para el funcionamiento como pila de combustible, y oxidación de agua para el funcionamiento como electrolizador. En medio ácido, que es el más común y eficiente, los catalizadores deben ser materiales compuestos a base de nanopartículas de Pt junto con partículas de otro material, como Ir, IrO2, Ru-Ir, RuO2, IrO2-RuO2, IrO2/RuO2, Irx(IrO2)10-x Pt/TiO2y Ir/TiO2, que aumentan considerablemente el coste del electrodo, así como disminuye la eficiencia y durabilidad de los electrodos debido a las condiciones físico-químicas que impone su funcionalidad reversible. Es deseable mantener la actividad reversible del dispositivo sin afectar su coste, eficiencia y durabilidad. Low-temperature reversible systems and cells for hydrogen production and consumption are already known, such as EP2833469A1, EP1665441A2, WO2021095243A1, WO2019149770A1, WO2007091050A1, - KR101955364B1 (A), in which electrodes that can operate reversibly are used. This simplifies the system but increases catalyst costs, especially in the reversible oxygen electrodes, which must be bi-functional, that is, capable of catalyzing the two reactions: reduction of oxygen for operation as a fuel cell, and oxidation of water. for operation as an electrolyzer. In acidic medium, which is the most common and efficient, the catalysts must be composite materials based on Pt nanoparticles together with particles of another material, such as Ir, IrO2, Ru-Ir, RuO2, IrO2-RuO2, IrO2/RuO2, Irx(IrO2)10-x Pt/TiO2y Ir/TiO2, which considerably increase the cost of the electrode, as well as decrease the efficiency and durability of the electrodes due to the physical-chemical conditions imposed by their reversible functionality. It is desirable to maintain the reversible activity of the device without affecting its cost, efficiency and durability.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓNGENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención trata de resolver problemas que presentan divulgaciones del estado de la técnica como los mencionados arriba. The present invention seeks to solve problems presented by prior art disclosures such as those mentioned above.

La presente invención se refiere a un dispositivo electroquímico para generación de electricidad a partir de hidrógeno y oxígeno, y/o para generación de hidrógeno y oxígeno a partir de agua y electricidad. Por ejemplo, se refiere a un dispositivo electroquímico de baja temperatura. Un ejemplo de un dispositivo electroquímico de baja temperatura es un dispositivo electroquímico configurado para funcionar en un rango de al menos 10 oC y como máximo 80 oC cuando utiliza como electrolito una membrana de polímero perfluorado con grupos sulfonato polares. La especial configuración de sus electrodos, en la que dos electrodos de oxígeno de alimentación pasiva se enfrentan a un mismo electrodo de hidrógeno, permite una mejora de la densidad de potencia, sencillez de la electrocatálisis, menor volumen y peso del sistema, y mayor funcionalidad. En particular, no es necesario el uso de costosos catalizadores reversibles, y ambas funciones de pila de combustible y electrolizador pueden llevarse a cabo simultáneamente. El dispositivo comprende dos electrodos de difusión de gas oxígeno enfrentados en sus caras a un mismo electrodo central de difusión de gas hidrógeno. Los dos electrodos enfrentados al electrodo central funcionan según la reacción de reducción de oxígeno (O2+ 4H<+>+ 4e- →2H2O) o la de oxidación del agua (H2O → 0,5O2+ 2H+ 2e-) pudiendo cada uno de ellos funcionar según una reacción distinta a la del otro electrodo. El electrodo central funciona de forma reversible según la reacción de hidrógeno H2^ 2H+ 2e-. Esta configuración permite que el mismo dispositivo electroquímico pueda funcionar simultáneamente como pila de combustible para producir electricidad y como electrolizador para producir hidrógeno. En la alimentación pasiva del presente dispositivo, el suministro de reactivos a los electrodos se lleva a cabo pasivamente por fuerzas naturales como, por ejemplo, difusión y/o capilaridad sin requerir generadores de convección forzada como, por ejemplo, ventiladores y/o bombas. The present invention relates to an electrochemical device for generating electricity from hydrogen and oxygen, and/or for generating hydrogen and oxygen from water and electricity. For example, it refers to a low temperature electrochemical device. An example of a low temperature electrochemical device is an electrochemical device configured to operate in a range of at least 10 oC and at most 80 oC when using a perfluorinated polymer membrane with polar sulfonate groups as an electrolyte. The special configuration of its electrodes, in which two passively fed oxygen electrodes face the same hydrogen electrode, allows an improvement in power density, simplicity of electrocatalysis, lower volume and weight of the system, and greater functionality. . In particular, the use of expensive reversible catalysts is not necessary, and both fuel cell and electrolyzer functions can be carried out simultaneously. The device comprises two oxygen gas diffusion electrodes facing the same central hydrogen gas diffusion electrode on their faces. The two electrodes facing the central electrode function according to the oxygen reduction reaction (O2+ 4H<+>+ 4e- →2H2O) or the water oxidation reaction (H2O → 0.5O2+ 2H+ 2e-) and each of them can function according to a different reaction than that of the other electrode. The central electrode works reversibly according to the hydrogen reaction H2^ 2H+ 2e-. This configuration allows the same electrochemical device to function simultaneously as a fuel cell to produce electricity and as an electrolyzer to produce hydrogen. In the passive feeding of the present device, the supply of reagents to the electrodes is carried out passively by natural forces such as, for example, diffusion and/or capillarity without requiring forced convection generators such as, for example, fans and/or pumps.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un dispositivo electroquímico para generar hidrógeno y/o corriente eléctrica, comprendiendo el dispositivo electroquímico un primer electrodo de difusión de gas, un segundo electrodo de difusión de gas y un tercer electrodo de difusión de gas; siendo el primer electrodo para difusión de hidrógeno; siendo el segundo electrodo y el tercer electrodo para difusión de oxígeno; estando el primer electrodo en un compartimento; comprendiendo el dispositivo electroquímico un primer colector de corriente, un segundo colector de corriente y un tercer colector de corriente; estando el compartimento delimitado lateralmente por una primera membrana de electrolito y por una segunda membrana de electrolito; estando el primer electrodo entre la primera membrana de electrolito y la segunda membrana de electrolito, estando el primer electrodo en contacto con la primera membrana de electrolito y con la segunda membrana de electrolito y estando el primer electrodo en contacto con el primer colector de corriente; estando el segundo electrodo entre la primera membrana de electrolito y el segundo colector de corriente; estando el tercer electrodo entre la segunda membrana de electrolito y el tercer colector de corriente; estando el segundo electrodo en contacto con la primera membrana de electrolito y con el segundo colector de corriente; estando el tercer electrodo en contacto con la segunda membrana de electrolito y con el tercer colector de corriente. A first aspect of the present invention relates to an electrochemical device for generating hydrogen and/or electric current, the electrochemical device comprising a first gas diffusion electrode, a second gas diffusion electrode and a third gas diffusion electrode; being the first electrode for hydrogen diffusion; the second electrode and the third electrode being for oxygen diffusion; the first electrode being in a compartment; the electrochemical device comprising a first current collector, a second current collector and a third current collector; the compartment being laterally delimited by a first electrolyte membrane and by a second electrolyte membrane; the first electrode being between the first electrolyte membrane and the second electrolyte membrane, the first electrode being in contact with the first electrolyte membrane and with the second electrolyte membrane and the first electrode being in contact with the first current collector; the second electrode being between the first electrolyte membrane and the second current collector; the third electrode being between the second electrolyte membrane and the third current collector; the second electrode being in contact with the first electrolyte membrane and with the second current collector; the third electrode being in contact with the second electrolyte membrane and with the third current collector.

Esta configuración de un dispositivo electroquímico en la que un segundo electrodo y un tercer electrodo están conectados a un primer electrodo mediante sendas membranas de electrolito permite que el dispositivo electroquímico: This configuration of an electrochemical device in which a second electrode and a third electrode are connected to a first electrode by means of electrolyte membranes allows the electrochemical device to:

• genere energía eléctrica usando el primer electrodo y el segundo electrodo como una primera pila de combustible y simultáneamente genere energía eléctrica utilizando el primer electrodo y el tercer electrodo como una segunda pila de combustible; • generate electrical energy using the first electrode and the second electrode as a first fuel cell and simultaneously generate electrical energy using the first electrode and the third electrode as a second fuel cell;

• genere energía eléctrica usando el primer electrodo y el segundo electrodo como una primera pila de combustible y simultáneamente genere hidrógeno usando el primer electrodo y el tercer electrodo como un electrolizador; o • generate electrical energy using the first electrode and the second electrode as a first fuel cell and simultaneously generate hydrogen using the first electrode and the third electrode as an electrolyzer; either

• genere hidrógeno usando el primer electrodo y el segundo electrodo como un primer electrolizador y simultáneamente genere hidrógeno usando el primer electrodo y el tercer electrodo como un segundo electrolizador. • generate hydrogen using the first electrode and the second electrode as a first electrolyzer and simultaneously generate hydrogen using the first electrode and the third electrode as a second electrolyzer.

Por ello, en un uso del segundo electrodo y del tercer electrodo para reducir oxígeno y generar energía eléctrica, como se comparte un mismo primer electrodo para oxidar hidrógeno, se permite aumentar la densidad de potencia eléctrica del dispositivo electroquímico en comparación con una pila de combustible convencional, que requeriría un total de cuatro electrodos en lugar de tres: dos ánodos y dos cátodos. Del mismo modo la función electrolizadora se mejora cuando el segundo y tercer electrodo se utilizan para oxidar agua simultáneamente, ya que se genera el hidrógeno al doble de velocidad en el primer electrodo en comparación con un electrolizador que comprendiera el primer electrodo y el segundo electrodo y no comprendiera el tercer electrodo. Therefore, in using the second electrode and the third electrode to reduce oxygen and generate electrical energy, as the same first electrode is shared to oxidize hydrogen, it is possible to increase the electrical power density of the electrochemical device compared to a fuel cell. conventional, which would require a total of four electrodes instead of three: two anodes and two cathodes. In the same way, the electrolyzing function is improved when the second and third electrodes are used to oxidize water simultaneously, since hydrogen is generated at twice the rate in the first electrode compared to an electrolyzer that included the first electrode and the second electrode and did not understand the third electrode.

Además, el dispositivo electroquímico del primer aspecto de la presente invención permite emplear un primer electrodo, un segundo electrodo y un tercer electrodo para generar simultáneamente energía eléctrica e hidrógeno. A diferencia de una pila de combustible reversible convencional, ambas funciones no se interfieren y pueden tener lugar simultáneamente, por ocurrir la oxidación de hidrógeno y la reducción de protones (o agua en medio neutro-básico) en un mismo primer electrodo, mientras que las reacciones complementarias respectivas, es decir la reducción de oxígeno y la oxidación de agua, transcurren separadamente en un segundo electrodo y en un tercer electrodo, respectivamente, o viceversa. De esta manera ambas funciones pueden tener lugar simultáneamente en el mismo dispositivo electroquímico. Furthermore, the electrochemical device of the first aspect of the present invention allows a first electrode, a second electrode and a third electrode to be used to simultaneously generate electrical energy and hydrogen. Unlike a conventional reversible fuel cell, both functions do not interfere and can take place simultaneously, as the oxidation of hydrogen and the reduction of protons (or water in a neutral-basic medium) occur in the same first electrode, while the Respective complementary reactions, that is, the reduction of oxygen and the oxidation of water, occur separately in a second electrode and in a third electrode, respectively, or vice versa. In this way both functions can take place simultaneously in the same electrochemical device.

Las distintas configuraciones del dispositivo electroquímico objeto de esta invención, como pila de combustible con dos cátodos y un ánodo, como electrolizador con dos ánodos y un cátodo, o como pila de combustible y electrolizador compartiendo un primer electrodo, son posibles gracias al carácter reversible de la reacción electroquímica del hidrógeno H2^ 2H+ 2e- que permite que esta reacción transcurra a gran velocidad en ambos sentidos en un primer electrodo, con el mismo catalizador y preferentemente en medio ácido. The different configurations of the electrochemical device object of this invention, as a fuel cell with two cathodes and an anode, as an electrolyzer with two anodes and a cathode, or as a fuel cell and electrolyzer sharing a first electrode, are possible thanks to the reversible nature of the electrochemical reaction of hydrogen H2^ 2H+ 2e- that allows this reaction to proceed at high speed in both directions on a first electrode, with the same catalyst and preferably in an acidic medium.

El dispositivo electroquímico del primer aspecto de la presente invención puede estar configurado para generar hasta 3 W de potencia eléctrica en un área activa de 12,6 cm2. Se puede aumentar la potencia eléctrica generable aumentando el área activa y/o conectando eléctricamente varios dispositivos electroquímicos. The electrochemical device of the first aspect of the present invention can be configured to generate up to 3 W of electrical power in an active area of 12.6 cm2. The generating electrical power can be increased by increasing the active area and/or by electrically connecting various electrochemical devices.

Además, la configuración de los electrodos del dispositivo electroquímico le dota de la posibilidad de funcionar de forma pasiva, es decir, alimentando los distintos reactivos (aire ambiental, hidrógeno, agua) sin convección forzada, disminuyendo componentes auxiliares en comparación con dispositivos electroquímicos convencionales, lo que, en general, es muy conveniente para pequeños dispositivos portátiles. Furthermore, the configuration of the electrodes of the electrochemical device gives it the possibility of operating passively, that is, feeding the different reagents (ambient air, hydrogen, water) without forced convection, reducing auxiliary components compared to conventional electrochemical devices, which, in general, is very convenient for small portable devices.

El compartimento donde está el primer electrodo es un compartimento que también sirve para almacenamiento de hidrógeno producido por el dispositivo. The compartment where the first electrode is located is a compartment that also serves to store hydrogen produced by the device.

Para permitir el funcionamiento del segundo electrodo como electrolizador, el segundo electrodo debe estar en contacto con agua, por ejemplo, sumergido en agua. Para permitir el funcionamiento del tercer electrodo como electrolizador, el tercer electrodo debe estar en contacto con agua, por ejemplo, sumergido en agua. To allow the second electrode to function as an electrolyzer, the second electrode must be in contact with water, for example, submerged in water. To allow the third electrode to function as an electrolyzer, the third electrode must be in contact with water, for example, submerged in water.

En algunas realizaciones, el segundo electrodo y/o el tercer electrodo comprende(n) un catalizador para oxidar agua; el primer electrodo comprende preferiblemente un catalizador para reducir agua o protones. Estas realizaciones permiten acelerar la oxidación de agua en el segundo y/o tercer electrodo y, preferiblemente, la reducción de agua o protones en el primer electrodo, dando lugar a la electrólisis de agua, al aplicar energía eléctrica entre el primer electrodo y el segundo electrodo y/o al aplicar energía eléctrica entre el primer electrodo y el tercer electrodo. La electrólisis de agua permite obtener hidrógeno en el primer electrodo. La reacción es 2H+ 2e- → H2en medio ácido, mientras que en medio neutro o básico es H2O 2e- → H2+ 2OH-. In some embodiments, the second electrode and/or the third electrode comprise(s) a catalyst for oxidizing water; The first electrode preferably comprises a catalyst for reducing water or protons. These embodiments make it possible to accelerate the oxidation of water in the second and/or third electrode and, preferably, the reduction of water or protons in the first electrode, giving rise to the electrolysis of water, by applying electrical energy between the first electrode and the second. electrode and/or by applying electrical energy between the first electrode and the third electrode. The electrolysis of water makes it possible to obtain hydrogen at the first electrode. The reaction is 2H+ 2e- → H2 in an acidic medium, while in a neutral or basic medium it is H2O 2e- → H2+ 2OH-.

En algunas realizaciones, el segundo electrodo comprende un catalizador para oxidar agua y el tercer electrodo comprende un catalizador para reducir oxígeno; el primer electrodo comprende preferiblemente un mismo catalizador para oxidar hidrógeno y para reducir agua o protones. Estas realizaciones permiten acelerar la reducción de oxígeno en el tercer electrodo y la oxidación de hidrógeno en el primer electrodo producidas al usar el primer electrodo y el tercer electrodo como una pila de combustible. Además, estas realizaciones permiten acelerar la oxidación de agua en el segundo electrodo y la reducción de agua o de protones en el primer electrodo producidas al usar el primer electrodo y el segundo electrodo para causar electrólisis de agua. In some embodiments, the second electrode comprises a catalyst for oxidizing water and the third electrode comprises a catalyst for reducing oxygen; The first electrode preferably comprises the same catalyst to oxidize hydrogen and to reduce water or protons. These embodiments make it possible to accelerate the reduction of oxygen at the third electrode and the oxidation of hydrogen at the first electrode produced by using the first electrode and the third electrode as a fuel cell. Furthermore, these embodiments allow accelerating the oxidation of water at the second electrode and the reduction of water or protons at the first electrode produced by using the first electrode and the second electrode to cause electrolysis of water.

En algunas realizaciones, el segundo electrodo y/o el tercer electrodo comprenden un catalizador para reducir oxígeno; el primer electrodo comprende preferiblemente un catalizador para oxidar hidrógeno. Estas realizaciones permiten acelerar la reducción de oxígeno en el segundo y/o tercer electrodo y, preferiblemente, la oxidación de hidrógeno en el primer electrodo producida al utilizar el primer electrodo y el segundo electrodo como pila de combustible y/o utilizar el primer electrodo y el tercer electrodo como pila de combustible. In some embodiments, the second electrode and/or the third electrode comprise a catalyst for reducing oxygen; The first electrode preferably comprises a catalyst for oxidizing hydrogen. These embodiments make it possible to accelerate the reduction of oxygen in the second and/or third electrode and, preferably, the oxidation of hydrogen in the first electrode produced by using the first electrode and the second electrode as a fuel cell and/or using the first electrode and the third electrode as a fuel cell.

En algunas realizaciones, el catalizador para oxidar agua comprende al menos uno de un óxido de una aleación de platino y rutenio, un óxido de una aleación de platino e iridio, un óxido de rutenio, un óxido de iridio y un óxido de níquel; comprendiendo el segundo electrodo un sustrato de metal, teniendo el sustrato unos poros. Los electrodos con este catalizador son suficientemente resistentes a la oxidación, tienen una porosidad relativamente elevada y pueden soportar tensiones eléctricas relativamente elevadas. In some embodiments, the catalyst for oxidizing water comprises at least one of a platinum-ruthenium alloy oxide, a platinum-iridium alloy oxide, a ruthenium oxide, an iridium oxide, and a nickel oxide; the second electrode comprising a metal substrate, the substrate having pores. Electrodes with this catalyst are sufficiently resistant to oxidation, have a relatively high porosity and can withstand relatively high electrical voltages.

En algunas realizaciones, el catalizador para reducir oxígeno comprende carbón (por ejemplo un carbón microporoso como negro de humo) recubierto de nanopartículas de platino con una concentración de al menos 0,1 y como máximo 0,3 mg de platino por cada centímetro cuadrado proyectado de electrodo (área geométrica proyectada), o el catalizador para reducir oxígeno comprende níquel y/o un material sólido poroso a base de carbón dopado con nitrógeno y hierro, teniendo el material sólido poroso a base de carbón dopado la fórmula FeCxNy. Otros catalizadores para reducir oxígeno comprenden níquel y/o materiales sólidos porosos a base de carbón dopado con N y Fe (FeCxNy), que tienen menor actividad y estabilidad en medio ácido pero pueden funcionar bien en medio básico. Estos catalizadores son, por otro lado, más abundantes y menos costosos que el platino. In some embodiments, the oxygen reducing catalyst comprises carbon (e.g., a microporous carbon such as carbon black) coated with platinum nanoparticles with a concentration of at least 0.1 and at most 0.3 mg of platinum per projected square centimeter. of electrode (projected geometric area), or the catalyst for reducing oxygen comprises nickel and/or a porous solid material based on carbon doped with nitrogen and iron, the porous solid material based on doped carbon having the formula FeCxNy. Other catalysts for reducing oxygen comprise nickel and/or porous solid materials based on N and Fe doped carbon (FeCxNy), which have lower activity and stability in acidic medium but can function well in basic medium. These catalysts are, on the other hand, more abundant and less expensive than platinum.

En algunas realizaciones, el catalizador para reducir agua o protones comprende carbón recubierto de nanopartículas de platino con una concentración de como máximo 0,2 mg de platino por cada centímetro cuadrado proyectado de electrodo (área geométrica o proyectada). Las partículas son por ejemplo partículas de entre 1 y 10 nm de tamaño. In some embodiments, the catalyst for reducing water or protons comprises carbon coated with platinum nanoparticles with a concentration of at most 0.2 mg of platinum per projected square centimeter of electrode (geometric or projected area). The particles are for example particles between 1 and 10 nm in size.

En algunas realizaciones, el primer electrodo comprende una primera cara y una segunda cara, estando la primera cara en contacto con la primera membrana de electrolito y estando la segunda cara en contacto con la segunda membrana de electrolito; opcionalmente, el primer colector de corriente comprende una primera rejilla y una segunda rejilla, estando la primera rejilla eléctricamente conectada a la segunda rejilla, estando la primera cara del primer electrodo en contacto con la primera rejilla y estando la segunda cara del primer electrodo en contacto con la segunda rejilla, y siendo la primera rejilla y la segunda rejilla para conducción de corriente eléctrica. De este modo, el dispositivo electroquímico está configurado para permitir la difusión de hidrógeno desde y hacia la primera membrana de electrolito a través de la primera cara del primer electrodo y está configurado para permitir la difusión de hidrógeno desde y hacia la segunda membrana de electrolito a través de la segunda cara del primer electrodo. In some embodiments, the first electrode comprises a first face and a second face, the first face being in contact with the first electrolyte membrane and the second face being in contact with the second electrolyte membrane; optionally, the first current collector comprises a first grid and a second grid, the first grid being electrically connected to the second grid, the first face of the first electrode being in contact with the first grid and the second face of the first electrode being in contact with the second grid, and the first grid and the second grid being for conduction of electric current. Thus, the electrochemical device is configured to allow the diffusion of hydrogen from and to the first electrolyte membrane through the first face of the first electrode and is configured to allow the diffusion of hydrogen from and to the second electrolyte membrane through through the second face of the first electrode.

En algunas realizaciones, la primera rejilla está en contacto con la segunda rejilla. En algunas realizaciones, la primera rejilla y la segunda rejilla son una misma rejilla. In some embodiments, the first grid is in contact with the second grid. In some embodiments, the first grid and the second grid are the same grid.

En algunas realizaciones, el segundo colector de corriente comprende una tercera rejilla, estando la tercera rejilla en contacto con el segundo electrodo; siendo la tercera rejilla para para conducción de corriente eléctrica. In some embodiments, the second current collector comprises a third grid, the third grid being in contact with the second electrode; The third grid being for conduction of electric current.

En algunas realizaciones, el tercer colector de corriente comprende una cuarta rejilla, estando la cuarta rejilla en contacto con el tercer electrodo; siendo la cuarta rejilla para conducción de corriente eléctrica. In some embodiments, the third current collector comprises a fourth grid, the fourth grid being in contact with the third electrode; being the fourth grid for conduction of electric current.

Las rejillas de los colectores de corriente permiten capturar la energía eléctrica producida por el dispositivo electroquímico y/o aportar energía eléctrica al dispositivo electroquímico y al mismo tiempo permiten minimizar la resistencia de los colectores de corriente a la difusión de los gases y del agua líquida desde y hacia los electrodos, pues las rejillas presentan huecos por los que pueden fluir los gases y el agua. The grids of the current collectors make it possible to capture the electrical energy produced by the electrochemical device and/or provide electrical energy to the electrochemical device and at the same time allow to minimize the resistance of the current collectors to the diffusion of gases and liquid water from and towards the electrodes, since the grids have gaps through which gases and water can flow.

En algunas realizaciones, el primer electrodo es hidrófobo; siendo el primer electrodo preferiblemente superhidrófobo. De esta forma se minimiza la oclusión de poros del primer electrodo con agua líquida, lo que aumentaría la resistencia al transporte de hidrógeno y disminuiría la eficiencia del dispositivo electroquímico. Esta agua procede de la reducción de oxígeno en el segundo y tercer electrodo, y llega a través del contacto con las respectivas membranas. Este efecto es particularmente favorable para la función como pila de combustible, aunque también puede mejorar el funcionamiento como electrolizador al facilitar la salida de hidrógeno generado. In some embodiments, the first electrode is hydrophobic; the first electrode being preferably superhydrophobic. In this way, the occlusion of pores of the first electrode with liquid water is minimized, which would increase the resistance to hydrogen transport and decrease the efficiency of the electrochemical device. This water comes from the reduction of oxygen in the second and third electrodes, and arrives through contact with the respective membranes. This effect is particularly favorable for function as a fuel cell, although it can also improve operation as an electrolyzer by facilitating the release of generated hydrogen.

En algunas realizaciones, el dispositivo electroquímico comprende un primer conducto para gas y un segundo conducto para gas; estando el primer conducto conectado fluídicamente con el compartimento y estando el segundo conducto conectado fluídicamente con el compartimento. Estas realizaciones permiten emplear el primer conducto para introducir hidrógeno en el compartimento donde está el primer electrodo y permiten emplear el segundo conducto para extraer hidrógeno del compartimento, y/o para purgas eventuales de aire y/o agua. In some embodiments, the electrochemical device comprises a first gas conduit and a second gas conduit; the first conduit being fluidically connected to the compartment and the second conduit being fluidically connected to the compartment. These embodiments allow the first conduit to be used to introduce hydrogen into the compartment where the first electrode is located and allow the second conduit to be used to extract hydrogen from the compartment, and/or for eventual air and/or water purges.

En algunas realizaciones, el dispositivo electroquímico comprende una primera placa con unas primeras columnas y una segunda placa con unas segundas columnas; estando el segundo colector de corriente entre la primera placa y el segundo electrodo; presionando las primeras columnas el segundo colector de corriente contra el segundo electrodo; estando el tercer colector de corriente entre la segunda placa y el tercer electrodo; presionando las segundas columnas el tercer colector de corriente contra el tercer electrodo; en el que preferiblemente las primeras columnas comprenden un material hidrofílico y/o las segundas columnas comprenden un material hidrofílico. Las columnas permiten mejorar el contacto eléctrico entre los componentes del dispositivo electroquímico aumentando la presión de dicho contacto y, al mismo tiempo, minimizar la resistencia al intercambio de gas y agua líquida entre el segundo y el tercer electrodo y el entorno de la pila (ambiente), pues las columnas dejan huecos libres entre ellas por los que puede fluir el aire y el agua líquida. El material hidrofílico de las columnas facilita la salida de agua líquida producida cuando la celda funciona como pila de combustible. In some embodiments, the electrochemical device comprises a first plate with first columns and a second plate with second columns; the second current collector being between the first plate and the second electrode; the first columns pressing the second current collector against the second electrode; the third current collector being between the second plate and the third electrode; the second columns pressing the third current collector against the third electrode; wherein preferably the first columns comprise a hydrophilic material and/or the second columns comprise a hydrophilic material. The columns allow improving the electrical contact between the components of the electrochemical device by increasing the pressure of said contact and, at the same time, minimizing the resistance to the exchange of gas and liquid water between the second and third electrodes and the environment of the cell (environment ), since the columns leave free spaces between them through which air and liquid water can flow. The hydrophilic material of the columns facilitates the release of liquid water produced when the cell functions as a fuel cell.

Las primeras columnas y segundas columnas están preferentemente dispuestas en forma de matriz, que puede ser cuadrada, hexagonal o formando circunferencias concéntricas, dejando un espaciado entre las mismas de entre 1 mm a 4mm. Las columnas deben tener un diámetro entre 0,5mm y 5mm, y de una longitud no inferior a 0,2mm. Las primera y segunda placas y las primeras y segundas columnas deben ser de materiales suficientemente ligeros, con suficiente resistencia mecánica para soportar la presión que ejercen sobre el dispositivo a temperaturas de hasta 80 oC, tales como aluminio, titanio y/o termoplásticos. Para mejorar su hidrofilicidad pueden ser tratados convenientemente con recubrimientos, o conferirles una morfología porosa que permita el transporte pasivo de agua líquida por capilaridad a su través. The first columns and second columns are preferably arranged in the form of a matrix, which can be square, hexagonal or forming concentric circles, leaving a spacing between them of between 1 mm to 4 mm. The columns must have a diameter between 0.5mm and 5mm, and a length of not less than 0.2mm. The first and second plates and the first and second columns must be made of sufficiently light materials, with sufficient mechanical resistance to withstand the pressure they exert on the device at temperatures of up to 80 oC, such as aluminum, titanium and/or thermoplastics. To improve their hydrophilicity they can be conveniently treated with coatings, or given a porous morphology that allows the passive transport of liquid water by capillarity through them.

En algunas realizaciones, la primera placa, el segundo colector de corriente, la segunda membrana de electrolito, la primera membrana de electrolito, el tercer colector de corriente y la segunda placa comprenden unos orificios pasantes; comprendiendo el dispositivo electroquímico unos tornillos y unas tuercas acopladas a los tornillos; estando los orificios pasantes atravesados por los tornillos; estando el dispositivo electroquímico configurado para regular la presión entre las columnas y el segundo y tercer colector de corriente accionando las tuercas. Dicha presión debe ser ajustada suficientemente para minimizar las resistencias de contacto entre componentes, pero sin disminuir la porosidad de los electrodos indebidamente e impedir el transporte de gas y agua a su través. Las tuercas se pueden apretar para aumentar la presión de contacto entre los componentes del dispositivo electroquímico y se pueden aflojar para reducir la presión de contacto entre los componentes del dispositivo electroquímico. In some embodiments, the first plate, the second current collector, the second electrolyte membrane, the first electrolyte membrane, the third current collector and the second plate comprise through holes; the electrochemical device comprising screws and nuts coupled to the screws; the through holes being crossed by the screws; the electrochemical device being configured to regulate the pressure between the columns and the second and third current collector by operating the nuts. This pressure must be adjusted sufficiently to minimize contact resistance between components, but without unduly reducing the porosity of the electrodes and preventing the transport of gas and water through them. The nuts can be tightened to increase the contact pressure between the components of the electrochemical device and can be loosened to reduce the contact pressure between the components of the electrochemical device.

En algunas realizaciones, el dispositivo electroquímico es desmontable y montable; comprendiendo el dispositivo electroquímico una configuración de desmontaje en la que: In some embodiments, the electrochemical device is detachable and mountable; the electrochemical device comprising a disassembly configuration in which:

- el segundo electrodo está separado del segundo colector de corriente, - the second electrode is separated from the second current collector,

- el segundo electrodo está separado de la primera membrana de electrolito, - el tercer electrodo está separado del tercer colector de corriente, y/o - the second electrode is separated from the first electrolyte membrane, - the third electrode is separated from the third current collector, and/or

- el tercer electrodo está separado de la segunda membrana de electrolito. - the third electrode is separated from the second electrolyte membrane.

o, dicho de otro modo: In other words:

- el segundo electrodo no está en contacto con el segundo colector de corriente, - el segundo electrodo no está en contacto con la primera membrana de electrolito, - el tercer electrodo no está en contacto con el tercer colector de corriente, y/o - el tercer electrodo no está en contacto con la segunda membrana de electrolito. - the second electrode is not in contact with the second current collector, - the second electrode is not in contact with the first electrolyte membrane, - the third electrode is not in contact with the third current collector, and/or - the Third electrode is not in contact with the second electrolyte membrane.

En estas realizaciones, el dispositivo electroquímico está configurado para ser montable después de desmontarse. In these embodiments, the electrochemical device is configured to be mountable after disassembly.

En algunas realizaciones, la primera membrana es de electrolito de polímero y/o la segunda membrana es de electrolito de polímero. Dicho electrolito está basado en sólidos poliméricos con capacidad para contener agua líquida en microcanales de su estructura, lo que les provee de alta conductividad iónica (protónica o aniónica) a baja temperatura, además de alta resistencia al paso de electrones y al paso de gases. Estas propiedades permiten el desarrollo de altas potencias en funcionamiento como pila de combustible, así como un mínimo consumo eléctrico en funcionamiento como electrolizador. Además de ello, los electrolitos de polímero tienen una alta resistencia química en las condiciones de funcionamiento que permite maximizar su durabilidad. Ejemplos de materiales políméricos son principalmente polímeros basados en cadenas perfluoradas y grupos sulfónato como, por ejemplo, NafionR o AquivionR, y otros como óxido de polietileno, poliimidas con grupos sulfonato, quitosano, policetonas sulfonadas (SPEEK), o alcohol polivinílico, así como materiales compuestos, mixtos o híbridos, como copolímeros, polímeros-sólidos inorgánicos, entre otros. In some embodiments, the first membrane is polymer electrolyte and/or the second membrane is polymer electrolyte. Said electrolyte is based on polymeric solids with the capacity to contain liquid water in microchannels of its structure, which provides them with high ionic conductivity (proton or anionic) at low temperature, as well as high resistance to the passage of electrons and the passage of gases. These properties allow the development of high powers in operation as a fuel cell, as well as minimal electrical consumption in operation as an electrolyzer. In addition, polymer electrolytes have high chemical resistance under operating conditions that maximizes their durability. Examples of polymeric materials are mainly polymers based on perfluorinated chains and sulfonate groups such as, for example, Nafion® or Aquivion®, and others such as polyethylene oxide, polyimides with sulfonate groups, chitosan, sulfonated polyketones (SPEEK), or polyvinyl alcohol, as well as materials mixed or hybrid compounds, such as copolymers, polymers-inorganic solids, among others.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un dispositivo electroquímico según el primer aspecto de la invención y a un panel fotovoltaico, estando el panel fotovoltaico eléctricamente conectado al primer colector de corriente y al segundo colector de corriente, y/o al primer colector de corriente y al tercer colector de corriente. En algunas realizaciones, el panel fotovoltaico está conectado al dispositivo electroquímico mediante una interfase electrónica como, por ejemplo, un convertidor CC/CC, es decir, un convertidor de corriente continua en corriente continua. Esta interfase electrónica permite ajustar las características eléctricas del panel fotovoltaico a las características eléctricas del dispositivo electroquímico. Estas realizaciones permiten acumular hidrógeno obtenido por electrólisis en el dispositivo electroquímico a partir de energía eléctrica generada por el panel fotovoltaico. A second aspect of the present invention relates to an electrochemical device according to the first aspect of the invention and to a photovoltaic panel, the photovoltaic panel being electrically connected to the first current collector and to the second current collector, and/or to the first current collector. current and to the third current collector. In some embodiments, the photovoltaic panel is connected to the electrochemical device via an electronic interface such as a DC/DC converter, i.e., a DC to DC converter. This electronic interface allows the electrical characteristics of the photovoltaic panel to be adjusted to the electrical characteristics of the electrochemical device. These embodiments allow hydrogen obtained by electrolysis to be accumulated in the electrochemical device from electrical energy generated by the photovoltaic panel.

Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a un dispositivo electroquímico según el primer aspecto de la presente invención y a un aerogenerador, estando el aerogenerador eléctricamente conectado al primer colector de corriente y al segundo colector de corriente, y/o estando el aerogenerador eléctricamente conectado al primer colector de corriente y al tercer colector de corriente. En algunas realizaciones, el aerogenerador está conectado al dispositivo electroquímico mediante una interfase electrónica como, por ejemplo, un convertidor CC/CC, es decir, un convertidor de corriente continua en corriente continua. Esta interfase electrónica permite ajustar las características eléctricas del aerogenerador a las características eléctricas del dispositivo electroquímico. Estas realizaciones permiten acumular hidrógeno obtenido por electrólisis en el dispositivo electroquímico a partir de energía eléctrica generada por el aerogenerador. A third aspect of the present invention relates to an electrochemical device according to the first aspect of the present invention and to a wind turbine, the wind turbine being electrically connected to the first current collector and the second current collector, and/or the wind turbine being electrically connected to the first current collector and to the third current collector. In some embodiments, the wind turbine is connected to the electrochemical device via an electronic interface such as a DC/DC converter, i.e., a DC to DC converter. This electronic interface allows the electrical characteristics of the wind turbine to be adjusted to the electrical characteristics of the electrochemical device. These embodiments allow hydrogen obtained by electrolysis to be accumulated in the electrochemical device from electrical energy generated by the wind turbine.

Un cuarto aspecto de la presente invención se refiere a un uso del dispositivo electroquímico según el primer aspecto de la invención; estando el segundo electrodo en contacto con agua, estando el tercer electrodo en contacto con oxígeno y estando el primer electrodo en contacto con hidrógeno; comprendiendo el uso hacer pasar una corriente por el primer colector de corriente y por el segundo colector de corriente de manera que tiene lugar la reacción electroquímica no espontánea de disociación de agua (H2O ® H2+ 0,5O2) y se genera hidrógeno en el compartimento; y comprendiendo el uso la reacción electroquímica espontánea de hidrógeno y oxígeno para generar agua (H2+ 0,5O2® H2O) entre el tercer electrodo y el primer electrodo, generando dicha reacción electroquímica una corriente eléctrica entre el primer colector de corriente y el tercer colector de corriente. De este modo, se emplea el dispositivo electroquímico como pila de combustible y simultáneamente como electrolizador, es decir, se genera corriente eléctrica e hidrógeno simultáneamente. Más en concreto, el primer electrodo participa simultáneamente en la electrólisis y en la generación de energía eléctrica. A fourth aspect of the present invention relates to a use of the electrochemical device according to the first aspect of the invention; the second electrode being in contact with water, the third electrode being in contact with oxygen and the first electrode being in contact with hydrogen; The use comprising passing a current through the first current collector and through the second current collector so that the non-spontaneous electrochemical reaction of water dissociation (H2O ® H2+ 0.5O2) takes place and hydrogen is generated in the compartment; and the use comprising the spontaneous electrochemical reaction of hydrogen and oxygen to generate water (H2+ 0.5O2® H2O) between the third electrode and the first electrode, said electrochemical reaction generating an electric current between the first current collector and the third current collector. current. In this way, the electrochemical device is used as a fuel cell and simultaneously as an electrolyzer, that is, electric current and hydrogen are generated simultaneously. More specifically, the first electrode simultaneously participates in electrolysis and in the generation of electrical energy.

Un quinto aspecto de la presente invención se refiere a un uso del dispositivo electroquímico según el primer aspecto de la invención en el que el segundo electrodo y el tercer electrodo están en contacto con agua, estando el primer electrodo en contacto con hidrógeno; comprendiendo el uso la reacción electroquímica H2O ® H2+ 0,5O2entre el segundo electrodo y el primer electrodo y la misma reacción electroquímica H2O ® H2+ 0,5O2entre el tercer electrodo y el primer electrodo, generando la reacción electroquímica hidrógeno en el compartimento. De este modo se causa electrólisis de agua (H2O ® H2+ 0,5O2) de manera que se genera hidrógeno en el compartimento. A fifth aspect of the present invention relates to a use of the electrochemical device according to the first aspect of the invention in which the second electrode and the third electrode are in contact with water, the first electrode being in contact with hydrogen; the use comprising the electrochemical reaction H2O ® H2+ 0.5O2 between the second electrode and the first electrode and the same electrochemical reaction H2O ® H2+ 0.5O2 between the third electrode and the first electrode, generating the electrochemical reaction hydrogen in the compartment. This causes electrolysis of water (H2O ® H2+ 0.5O2) so that hydrogen is generated in the compartment.

Un sexto aspecto de la presente invención se refiere a un uso del dispositivo electroquímico según el primer aspecto de la presente invención; estando el segundo electrodo y el tercer electrodo en contacto con oxígeno, y estando el primer electrodo en contacto con hidrógeno; comprendiendo el uso la reacción electroquímica H2+ 0,5O2® H2O entre el segundo electrodo y el primer electrodo y la misma reacción electroquímica entre el tercer electrodo y el primer electrodo, generando la reacción electroquímica una corriente eléctrica en el segundo colector de corriente y en el tercer colector de corriente. A sixth aspect of the present invention relates to a use of the electrochemical device according to the first aspect of the present invention; the second electrode and the third electrode being in contact with oxygen, and the first electrode being in contact with hydrogen; the use comprising the electrochemical reaction H2+ 0.5O2® H2O between the second electrode and the first electrode and the same electrochemical reaction between the third electrode and the first electrode, the electrochemical reaction generating an electric current in the second current collector and in the third current collector.

En algunas realizaciones, el panel fotovoltaico y/o el aerogenerador está(n) eléctricamente conectado(s) al primer colector de corriente y al segundo colector de corriente y/o el panel fotovoltaico y/o el aerogenerador está(n) eléctricamente conectado(s) al primer colector de corriente y al tercer colector de corriente. In some embodiments, the photovoltaic panel and/or the wind turbine is electrically connected to the first current collector and to the second current collector and/or the photovoltaic panel and/or the wind turbine is electrically connected. s) to the first current collector and to the third current collector.

El dispositivo electroquímico según el primer aspecto de la invención es muy adecuado para realizar estudios de laboratorio de rendimiento de catalizadores, de componentes de pilas de combustible y de componentes de electrolizadores. The electrochemical device according to the first aspect of the invention is very suitable for carrying out laboratory performance studies of catalysts, fuel cell components and electrolyzer components.

Los diferentes aspectos y realizaciones de la invención definidos anteriormente pueden combinarse entre sí, siempre que sean mutuamente compatibles. The different aspects and embodiments of the invention defined above can be combined with each other, as long as they are mutually compatible.

Las ventajas y características adicionales de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y se señalarán particularmente en las reivindicaciones adjuntas. Additional advantages and features of the invention will become apparent from the following detailed description and will be particularly noted in the appended claims.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con ejemplos de realizaciones prácticas de la misma, se acompaña como parte integrante de la descripción, un juego de dibujos en el que, con carácter ilustrativo, se ha representado lo siguiente: In order to help a better understanding of the characteristics of the invention according to examples of practical embodiments thereof, a set of drawings is attached as an integral part of the description in which, for illustrative purposes, the following has been represented. following:

La figura 1 muestra un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 1 shows an electrochemical device according to some embodiments of the invention.

La figura 2 muestra una vista explosionada de componentes de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 2 shows an exploded view of components of an electrochemical device according to some embodiments of the invention.

La figura 3 muestra una vista explosionada de una porción intermedia de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 3 shows an exploded view of an intermediate portion of an electrochemical device according to some embodiments of the invention.

La figura 4 muestra un primer electrodo y una cubierta de un compartimento de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 4 shows a first electrode and a compartment cover of an electrochemical device according to some embodiments of the invention.

La figura 5 muestra un primer electrodo, un primer colector de corriente y un soporte para el primer electrodo de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 5 shows a first electrode, a first current collector and a holder for the first electrode of an electrochemical device according to some embodiments of the invention.

La figura 6 muestra un segundo electrodo, un tercer electrodo, un segundo colector de corriente y un tercer colector de corriente de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 6 shows a second electrode, a third electrode, a second current collector and a third current collector of an electrochemical device according to some embodiments of the invention.

La figura 7 muestra una estructura de sujeción y presión de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 7 shows a clamping and pressure structure of an electrochemical device according to some embodiments of the invention.

La figura 8 muestra un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención en aire. Figure 8 shows an electrochemical device according to some embodiments of the invention in air.

La figura 9 muestra un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención sumergido en agua. Figure 9 shows an electrochemical device according to some embodiments of the invention immersed in water.

La figura 10 muestra un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención parcialmente sumergido en agua. Figure 10 shows an electrochemical device according to some embodiments of the invention partially immersed in water.

La figura 11 muestra una gráfica en la que se representa una evolución de tensión, corriente y potencia de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 11 shows a graph that represents an evolution of voltage, current and power of an electrochemical device according to some embodiments of the invention.

La figura 12 muestra una gráfica en la que se representa una evolución temporal de corriente de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 12 shows a graph in which a temporal evolution of current of an electrochemical device is represented in accordance with some embodiments of the invention.

La figura 13 muestra una gráfica en la que se representa una evolución temporal de potencia eléctrica de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 13 shows a graph in which a temporal evolution of electrical power of an electrochemical device is represented in accordance with some embodiments of the invention.

La figura 14 muestra una gráfica en la que se representa una evolución temporal de corriente de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 14 shows a graph in which a temporal evolution of current of an electrochemical device is represented in accordance with some embodiments of the invention.

La figura 15 muestra una gráfica en la que se representa una evolución temporal de potencia eléctrica de un dispositivo electroquímico de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Figure 15 shows a graph in which a temporal evolution of electrical power of an electrochemical device is represented in accordance with some embodiments of the invention.

DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION

A la vista de esta descripción y figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes, sin salir del objeto de la invención tal y como ha sido reivindicada. In view of this description and figures, the person skilled in the art will be able to understand that the invention has been described according to some preferred embodiments thereof, but that multiple variations can be introduced in said preferred embodiments, without leaving the object of the invention as such. and how it has been claimed.

La figura 1 muestra un dispositivo electroquímico 100. La figura 2 muestra el dispositivo electroquímico 100 de la figura 1 sin algunos componentes de unos elementos 101 de presión y sujeción del dispositivo electroquímico 100. La figura 3 muestra una porción intermedia 102 del dispositivo electroquímico 100. Figure 1 shows an electrochemical device 100. Figure 2 shows the electrochemical device 100 of Figure 1 without some components of pressure and holding elements 101 of the electrochemical device 100. Figure 3 shows an intermediate portion 102 of the electrochemical device 100.

El dispositivo electroquímico 100 es un dispositivo electroquímico configurado para producir energía eléctrica a partir de una reacción química de combustión y/o para producir un combustible mediante una reacción química basada en electrólisis, siendo la reacción química (el sentido directo indica la reacción de combustión mientras que el sentido inverso indica la reacción de electrolisis): The electrochemical device 100 is an electrochemical device configured to produce electrical energy from a chemical combustion reaction and/or to produce a fuel through a chemical reaction based on electrolysis, the reaction being chemical (the direct meaning indicates the combustion reaction while that the reverse direction indicates the electrolysis reaction):

H2+0,5O2^ H2O H2+0.5O2^ H2O

Continuando con las figuras 1,2 y 3, el dispositivo electroquímico 100 comprende una porción intermedia 102. La porción intermedia 102 comprende un primer electrodo 1 de difusión de gas, en concreto, un electrodo para difusión de hidrógeno. El primer electrodo 1 es, por ejemplo, un electrodo poroso de tela de carbón o de papel de carbón recubierto con un catalizador. El catalizador comprende, por ejemplo, platino o, más en particular, nanopartículas de platino soportadas por carbón u otro material conductor y estable. Un ejemplo de una concentración adecuada de platino para oxidar hidrógeno es una concentración de al menos 0,02 mg de platino por centímetro cuadrado de superficie proyectada del primer electrodo 1 y como máximo de 0,20 mg de platino por centímetro cuadrado de superficie proyectada del primer electrodo 1. Continuing with Figures 1, 2 and 3, the electrochemical device 100 comprises an intermediate portion 102. The intermediate portion 102 comprises a first gas diffusion electrode 1, specifically, an electrode for hydrogen diffusion. The first electrode 1 is, for example, a porous carbon cloth or carbon paper electrode coated with a catalyst. The catalyst comprises, for example, platinum or, more particularly, platinum nanoparticles supported by carbon or other conductive and stable material. An example of a suitable concentration of platinum for oxidizing hydrogen is a concentration of at least 0.02 mg of platinum per square centimeter of projected surface of the first electrode 1 and at most 0.20 mg of platinum per square centimeter of projected surface of the first electrode 1.

La figura 5 muestra una primera cara 11 y una segunda cara 12 del primer electrodo 1. El primer electrodo 1 delimita un compartimento interior entre la primera cara 11 y la segunda cara 12. La primera cara 11 y la segunda cara 12 del primer electrodo 1 pueden estar unidas por un segmento hecho del mismo material que la primera cara 11 y la segunda cara 12 del primer electrodo 1, tal como se ilustra en la figura 5. En otras realizaciones (no ilustradas), la primera cara 11 y la segunda cara 12 no están unidas por un segmento. El primer colector 2 de corriente está parcialmente alojado en el compartimento interior. Figure 5 shows a first face 11 and a second face 12 of the first electrode 1. The first electrode 1 delimits an interior compartment between the first face 11 and the second face 12. The first face 11 and the second face 12 of the first electrode 1 They may be joined by a segment made of the same material as the first face 11 and the second face 12 of the first electrode 1, as illustrated in Figure 5. In other embodiments (not illustrated), the first face 11 and the second face 12 are not joined by a segment. The first current collector 2 is partially housed in the inner compartment.

Tal como se puede deducir de las figuras 4 y 5, el primer colector 2 de corriente comprende una primera cara conductora 22, una segunda cara conductora 23 y un primer saliente conductor 21. La primera cara conductora 22 y la segunda cara conductora 23 están alojadas en el compartimento interior. La primera cara conductora 22 está en contacto con la primera cara 11 del electrodo, y la segunda cara conductora 23 está en contacto con la segunda cara 12 del electrodo. En otras realizaciones (no ilustradas) la disposición relativa entre el primer electrodo 1 y el primer colector 2 de corriente es diferente a la ilustrada en las figuras 4 y 5. As can be deduced from Figures 4 and 5, the first current collector 2 comprises a first conductive face 22, a second conductive face 23 and a first conductive projection 21. The first conductive face 22 and the second conductive face 23 are housed in the interior compartment. The first conductive face 22 is in contact with the first face 11 of the electrode, and the second conductive face 23 is in contact with the second face 12 of the electrode. In other embodiments (not illustrated) the relative arrangement between the first electrode 1 and the first current collector 2 is different from that illustrated in Figures 4 and 5.

La primera cara conductora 22 es, por ejemplo, una rejilla. La primera cara conductora 22 está hecha de un material eléctricamente conductor como, por ejemplo, níquel. Para mejorar la protección de la primera cara conductora 22 contra la corrosión y/o mejorar el contacto eléctrico entre la primera cara conductora 22 y la primera cara 11 del electrodo se puede recubrir la primera cara conductora 22 con un material como, por ejemplo, oro o carbón. The first conductive face 22 is, for example, a grid. The first conductive face 22 is made of an electrically conductive material such as nickel. To improve the protection of the first conductive face 22 against corrosion and/or improve the electrical contact between the first conductive face 22 and the first face 11 of the electrode, the first conductive face 22 can be coated with a material such as, for example, gold. or coal.

La primera cara 11 del primer electrodo 1 es hidrofóbica o, más en particular, superhidrofóbica, para permitir facilitar el uso del primer electrodo 1 como pila de combustible y como electrolizador. El carácter hidrofóbico permite facilitar este uso porque repele el agua líquida que hay en el dispositivo electroquímico tal como el agua producida en el segundo electrodo 81 y/o en el tercer electrodo 82 en el funcionamiento como pila de combustible, y/o el agua en contacto con el segundo electrodo 81 y/o el tercer electrodo 82 en el funcionamiento como electrolizador. Así se evita que se inunde el primer electrodo 1 para evitar dificultar el transporte de hidrógeno. Una primera cara 11 hidrofóbica o, más en particular, superhidrofóbica, comprende, por ejemplo, platino depositado por electropulverización (o electrospray) soportado por carbón en la primera cara 11 y/o un agente hidrofobizante como, por ejemplo, teflón (PTFE) depositado en la primera cara 11. The first face 11 of the first electrode 1 is hydrophobic or, more particularly, superhydrophobic, to facilitate the use of the first electrode 1 as a fuel cell and as an electrolyzer. The hydrophobic character allows this use to be facilitated because it repels the liquid water that is in the electrochemical device, such as the water produced in the second electrode 81 and/or in the third electrode 82 in operation as a fuel cell, and/or the water in contact with the second electrode 81 and/or the third electrode 82 in operation as an electrolyzer. This prevents the first electrode 1 from flooding to avoid hindering the transport of hydrogen. A first hydrophobic or, more particularly, superhydrophobic, face 11 comprises, for example, platinum deposited by electrospray (or electrospray) supported by carbon on the first face 11 and/or a hydrophobicizing agent such as, for example, Teflon (PTFE) deposited on the first side 11.

La segunda cara conductora 23 es, por ejemplo, una rejilla conductora. La segunda cara conductora 23 está hecha de un material eléctricamente conductor como, por ejemplo, níquel. Para mejorar la protección de la segunda cara conductora 23 contra la corrosión y/o mejorar el contacto eléctrico entre la segunda cara conductora 23 y la segunda cara 12 del electrodo, se puede recubrir la segunda cara conductora 23 con un material como, por ejemplo, oro o carbón. The second conductive face 23 is, for example, a conductive grid. The second conductive face 23 is made of an electrically conductive material such as nickel. To improve the protection of the second conductive face 23 against corrosion and/or improve the electrical contact between the second conductive face 23 and the second face 12 of the electrode, the second conductive face 23 can be coated with a material such as, for example, gold or coal.

La segunda cara 12 del primer electrodo 1 es hidrofóbica o, más en particular, superhidrofóbica, para permitir facilitar el uso del primer electrodo 1 como pila de combustible y como electrolizador. El carácter hidrofóbico permite facilitar este uso porque repele el agua líquida que hay en el dispositivo electroquímico tal como el agua producida en el segundo electrodo 81 y/o en el tercer electrodo 82 en el funcionamiento como pila de combustible, y/o el agua en contacto con el segundo electrodo 81 y/o el tercer electrodo 82 en el funcionamiento como electrolizador. Así se evita que se inunde el primer electrodo 1 para evitar dificultar el transporte de hidrógeno. Una segunda cara 12 hidrofóbica o, más en particular, superhidrofóbica, comprende, por ejemplo, platino depositado por electrospray en la segunda cara 12 y/o un agente hidrofobizante como, por ejemplo, teflón (PTFE) depositado en la segunda cara 12. The second face 12 of the first electrode 1 is hydrophobic or, more particularly, superhydrophobic, to facilitate the use of the first electrode 1 as a fuel cell and as an electrolyzer. The hydrophobic character allows this use to be facilitated because it repels the liquid water that is in the electrochemical device, such as the water produced in the second electrode 81 and/or in the third electrode 82 in operation as a fuel cell, and/or the water in contact with the second electrode 81 and/or the third electrode 82 in operation as an electrolyzer. This prevents the first electrode 1 from flooding to avoid hindering the transport of hydrogen. A second hydrophobic or, more particularly, superhydrophobic, face 12 comprises, for example, platinum deposited by electrospray on the second face 12 and/or a hydrophobicizing agent such as, for example, Teflon (PTFE) deposited on the second face 12.

El primer saliente conductor 21 es del mismo material rejilla que la segunda cara conductora 23 y la primera cara conductora 22, y conecta eléctricamente la segunda cara conductora 23 y la primera cara conductora 22 con el exterior del dispositivo electroquímico. El primer saliente conductor 21 permite conectar el dispositivo electroquímico 100 a un circuito eléctrico externo. The first conductive projection 21 is of the same grid material as the second conductive face 23 and the first conductive face 22, and electrically connects the second conductive face 23 and the first conductive face 22 to the exterior of the electrochemical device. The first conductive projection 21 allows the electrochemical device 100 to be connected to an external electrical circuit.

Continuando con la figura 5, el primer electrodo 1 comprende un soporte 2b alojado en el compartimento interior. El soporte 2b es, por ejemplo, una pieza porosa y/o con huecos pasantes para permitir el paso de hidrógeno a través del soporte 2b. Continuing with Figure 5, the first electrode 1 comprises a support 2b housed in the interior compartment. The support 2b is, for example, a porous piece and/or with through holes to allow the passage of hydrogen through the support 2b.

Para facilitar el transporte de un producto como, por ejemplo, agua, generado por el funcionamiento del dispositivo electroquímico 100 como pila de combustible, el soporte 2b tiene, por ejemplo, una forma levemente curva, en concreto, abombada, con un radio de curvatura de por ejemplo al menos 140 mm y como máximo 180 mm para un soporte 2b de 40 mm de diámetro de área activa. La forma abombada permite mejorar el transporte del agua líquida porque transfiere la forma abombada al primer electrodo 1, de manera que causa que la forma de la primera cara 11 y de la segunda cara 12, así como la forma de la primera membrana 41, de la segunda membrana 42, del segundo electrodo 81, del tercer electrodo 82, cambie de plana a convexa, lo que favorece el transporte de agua líquida producida durante el funcionamiento como pila de combustible, y su evacuación preferente desde el segundo electrodo 81 y/o tercer electrodo 82 al exterior. To facilitate the transportation of a product, such as water, generated by the operation of the electrochemical device 100 as a fuel cell, the support 2b has, for example, a slightly curved shape, in particular, a domed shape, with a radius of curvature for example at least 140 mm and at most 180 mm for a support 2b with a 40 mm active area diameter. The domed shape allows the transport of liquid water to be improved because it transfers the domed shape to the first electrode 1, so that it causes the shape of the first face 11 and the second face 12, as well as the shape of the first membrane 41, to be the second membrane 42, of the second electrode 81, of the third electrode 82, changes from flat to convex, which favors the transport of liquid water produced during operation as a fuel cell, and its preferential evacuation from the second electrode 81 and/or third electrode 82 outside.

Continuando con la figura 2, el dispositivo electroquímico 100 comprende una primera membrana 41 de electrolito, una segunda membrana 42 de electrolito, una cubierta 3, una primera junta 61 y una segunda junta 62. Continuing with Figure 2, the electrochemical device 100 comprises a first electrolyte membrane 41, a second electrolyte membrane 42, a cover 3, a first gasket 61 and a second gasket 62.

La primera membrana 41 de electrolito es una membrana para circulación de protones y/o aniones entre el primer electrodo 1 y el segundo electrodo 81. Una primera membrana 41 para circulación de protones permite generar un medio electrolítico ácido en la primera membrana 41. Una primera membrana 41 para circulación de aniones permite generar un medio electrolítico básico en la primera membrana 41. The first electrolyte membrane 41 is a membrane for circulation of protons and/or anions between the first electrode 1 and the second electrode 81. A first membrane 41 for circulation of protons makes it possible to generate an acid electrolytic medium in the first membrane 41. A first membrane 41 for circulation of anions allows generating a basic electrolytic medium in the first membrane 41.

La segunda membrana 42 de electrolito es una membrana para circulación de protones y/o aniones entre el primer electrodo 1 y el tercer electrodo 82. Una segunda membrana 42 para circulación de protones permite generar un medio electrolítico ácido en la segunda membrana 42. Una segunda membrana 42 para circulación de aniones permite generar un medio electrolítico básico en la segunda membrana 42. The second electrolyte membrane 42 is a membrane for circulation of protons and/or anions between the first electrode 1 and the third electrode 82. A second membrane 42 for circulation of protons makes it possible to generate an acid electrolytic medium in the second membrane 42. A second membrane 42 for circulation of anions allows generating a basic electrolytic medium in the second membrane 42.

La cubierta 3 está hecha de un material relativamente rígido que soporte contacto con agua e hidrógeno a una temperatura de hasta 100 oC, como, por ejemplo, aluminio, titanio y/o un termoplástico. La cubierta 3 tiene forma de anillo pero, en otras realizaciones no ilustradas, tiene una forma diferente a la forma de anillo. La cubierta 3 comprende un primer conducto 31. El primer conducto 31 conecta fluídicamente el compartimento donde se aloja el primer electrodo 1 con el exterior de la cubierta 3. El primer conducto 31 está configurado, por ejemplo, para permitir la entrada de un gas en el compartimento donde está el primer electrodo 1. La cubierta 3 comprende un segundo conducto 32. El segundo conducto 32 conecta fluídicamente el compartimento donde se aloja el primer electrodo 1 con el exterior de la cubierta 3. El segundo conducto 32 está configurado, por ejemplo, para permitir la salida de un gas del compartimento. De este modo, el dispositivo electroquímico 100 puede comprender un conducto para la entrada de gas en el compartimento y otro conducto diferente para la salida de gas del compartimento. El primer conducto 31 y el segundo conducto 32 son, por ejemplo, conductos para paso de hidrógeno. El flujo de hidrógeno por el primer conducto 31 se puede regular con una válvula instalada en el primer conducto 31. El flujo de hidrógeno por el segundo conducto 32 se puede regular con una válvula instalada en el segundo conducto 32. The cover 3 is made of a relatively rigid material that withstands contact with water and hydrogen at a temperature of up to 100 °C, such as, for example, aluminum, titanium and/or a thermoplastic. The cover 3 is shaped like a ring but, in other embodiments not illustrated, it has a shape other than the shape of a ring. The cover 3 comprises a first conduit 31. The first conduit 31 fluidically connects the compartment where the first electrode 1 is housed with the exterior of the cover 3. The first conduit 31 is configured, for example, to allow the entry of a gas into the compartment where the first electrode 1 is located. The cover 3 comprises a second conduit 32. The second conduit 32 fluidically connects the compartment where the first electrode 1 is housed with the exterior of the cover 3. The second conduit 32 is configured, for example , to allow gas to escape from the compartment. In this way, the electrochemical device 100 may comprise a conduit for the entry of gas into the compartment and a different conduit for the exit of gas from the compartment. The first conduit 31 and the second conduit 32 are, for example, conduits for the passage of hydrogen. The flow of hydrogen through the first conduit 31 can be regulated with a valve installed in the first conduit 31. The flow of hydrogen through the second conduit 32 can be regulated with a valve installed in the second conduit 32.

La primera junta 61 permite formar una unión estanca del primer saliente conductor 21con la primera membrana 41 de electrolito. La segunda junta 62 permite formar una unión estanca del primer saliente conductor 21 con la cubierta 3. De este modo, la primera junta 61 y la segunda junta 62 mantienen la estanqueidad permitiendo que el primer saliente conductor 21 salga al exterior del dispositivo electroquímico, estando el primer saliente conductor 21 entre la primera junta 61 y la segunda junta 62. The first joint 61 makes it possible to form a watertight connection of the first conductive projection 21 with the first electrolyte membrane 41. The second gasket 62 makes it possible to form a watertight connection of the first conductive projection 21 with the cover 3. In this way, the first gasket 61 and the second gasket 62 maintain the tightness allowing the first conductive projection 21 to exit the electrochemical device, being the first conductive projection 21 between the first joint 61 and the second joint 62.

Tal como se deduce de la figura 3, el primer electrodo 1 está en un compartimento, por ejemplo, un compartimento estanco. La estanqueidad del compartimento permite minimizar fugas de hidrógeno del compartimento. El compartimento está delimitado por una pared interior de la cubierta 3, por la primera membrana 41 de electrolito y por la segunda membrana 42 de electrolito. La primera membrana 41 de electrolito está en contacto con la cara 11 del primer electrodo 1 para reducir una resistencia al paso de protones y/o iones entre el primer electrodo 1 y la primera membrana 41. La segunda membrana 42 de electrolito está en contacto con la cara 12 del primer electrodo 1 para reducir una resistencia al paso de protones y/o iones entre el primer electrodo 1 y la segunda membrana 42. As can be seen from Figure 3, the first electrode 1 is in a compartment, for example, a sealed compartment. The tightness of the compartment allows hydrogen leaks from the compartment to be minimized. The compartment is delimited by an inner wall of the cover 3, by the first electrolyte membrane 41 and by the second electrolyte membrane 42. The first electrolyte membrane 41 is in contact with the face 11 of the first electrode 1 to reduce a resistance to the passage of protons and/or ions between the first electrode 1 and the first membrane 41. The second electrolyte membrane 42 is in contact with the face 12 of the first electrode 1 to reduce resistance to the passage of protons and/or ions between the first electrode 1 and the second membrane 42.

En algunas realizaciones (no ilustradas), el dispositivo electroquímico 100 comprende al menos una junta entre la segunda membrana 42 y la cubierta 3, estando la junta configurada para mejorar la estanqueidad de la unión entre la segunda membrana 42 y la cubierta 3. In some embodiments (not illustrated), the electrochemical device 100 comprises at least one gasket between the second membrane 42 and the cover 3, the gasket being configured to improve the tightness of the joint between the second membrane 42 and the cover 3.

Continuando con las figuras 1,2 y 6, el dispositivo electroquímico 100 comprende un segundo electrodo 81 de difusión de gas, un tercer electrodo 82 de difusión de gas, un segundo colector 91 de corriente y un tercer colector 92 de corriente. Continuing with Figures 1, 2 and 6, the electrochemical device 100 comprises a second gas diffusion electrode 81, a third gas diffusion electrode 82, a second current collector 91 and a third current collector 92.

El segundo electrodo 81 es un electrodo para difusión de oxígeno. El segundo electrodo 81 es un electrodo adecuado para: The second electrode 81 is an oxygen diffusion electrode. The second electrode 81 is an electrode suitable for:

• generar energía eléctrica a partir de una reacción electroquímica con oxígeno como, por ejemplo, oxígeno del aire exterior, simultánea con la reacción del hidrógeno en el primer electrodo 1 o • generate electrical energy from an electrochemical reaction with oxygen, such as oxygen from outside air, simultaneous with the hydrogen reaction at the first electrode 1 or

• generar oxígeno mediante una reacción electroquímica causada por electrólisis de agua aplicando una diferencia de potencial eléctrico entre el primer colector 2 de corriente y el segundo colector 91 de corriente. • generate oxygen through an electrochemical reaction caused by electrolysis of water by applying an electrical potential difference between the first current collector 2 and the second current collector 91.

Un segundo electrodo 81 adecuado para generar energía eléctrica a partir de una reacción química es, por ejemplo, un electrodo poroso de tela de carbón o de papel de carbón recubierto con un catalizador. El catalizador es, por ejemplo, un catalizador para reducir oxígeno, tal como platino o, más en particular, nanopartículas de platino. Un ejemplo de una concentración adecuada de platino para reducir oxígeno es una concentración de al menos 0,05 mg de platino por centímetro cuadrado de superficie proyectada del segundo electrodo 81 y como máximo de 0,3 mg de platino por centímetro cuadrado de superficie proyectada del segundo electrodo 81. El dispositivo electroquímico 100 puede comprender un componente para facilitar la captura y eliminación de agua líquida producto de la reacción química. Por ejemplo, el dispositivo electroquímico 100 puede comprender una capa hidrofílica en contacto con el segundo colector 91 de corriente para permitir la entrada de aire ambiental en el segundo electrodo 81 y para capturar el agua producida. La capa hidrofílica es, por ejemplo, papel secante. El componente para capturar un producto de la reacción química está en contacto con el segundo colector 91 de corriente, de manera que una primera superficie del segundo colector 91 de corriente está en contacto con el segundo electrodo 81 y una segunda superficie del segundo colector 91 de corriente está en contacto con el componente para capturar el producto, siendo la segunda superficie del segundo colector 91 de corriente opuesta a la primera superficie del segundo colector 91 de corriente. La captura y eliminación del producto agua es favorecida por columnas hidrofílicas 722, 721 de las placas externas ilustradas en la Fig. 7. A second electrode 81 suitable for generating electrical energy from a chemical reaction is, for example, a porous carbon cloth or carbon paper electrode coated with a catalyst. The catalyst is, for example, a catalyst for reducing oxygen, such as platinum or, more particularly, platinum nanoparticles. An example of a suitable concentration of platinum for reducing oxygen is a concentration of at least 0.05 mg of platinum per square centimeter of projected surface of the second electrode 81 and at most 0.3 mg of platinum per square centimeter of projected surface of the second electrode 81. The electrochemical device 100 may comprise a component to facilitate the capture and elimination of liquid water product of the chemical reaction. For example, the electrochemical device 100 may comprise a hydrophilic layer in contact with the second current collector 91 to allow ambient air to enter the second electrode 81 and to capture produced water. The hydrophilic layer is, for example, blotting paper. The component for capturing a chemical reaction product is in contact with the second current collector 91, so that a first surface of the second current collector 91 is in contact with the second electrode 81 and a second surface of the second current collector 91 is in contact with the second current collector 91. current is in contact with the component to capture the product, the second surface of the second current collector 91 being opposite the first surface of the second current collector 91. The capture and elimination of the water product is favored by hydrophilic columns 722, 721 of the external plates illustrated in Fig. 7.

Un segundo electrodo 81 adecuado para generar oxígeno simultáneamente con la generación de hidrógeno en el primer electrodo 1 mediante la reacción de electrólisis de agua al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre el primer colector 2 de corriente y el segundo colector 91 de corriente es, por ejemplo, un electrodo poroso hecho de un material resistente a la oxidación, tal como una espuma metálica de níquel y/o titanio recubierto con un catalizador adecuado para oxidar agua y resistente a los potenciales eléctricos alcanzados en el uso como electrolizador. El catalizador adecuado para oxidar agua es, por ejemplo, un óxido de una aleación de platino y rutenio, un óxido de una aleación de platino e iridio, un óxido de rutenio, un óxido de iridio y/o un óxido de níquel. Un ejemplo de una concentración adecuada de catalizador para oxidar agua es una concentración de al menos 0,05 mg por centímetro cuadrado de superficie del segundo electrodo 81 y como máximo de 0,5 mg por centímetro cuadrado de superficie del segundo electrodo 81. A second electrode 81 suitable for generating oxygen simultaneously with the generation of hydrogen in the first electrode 1 by the electrolysis reaction of water by applying an electrical potential difference between the first current collector 2 and the second current collector 91 is, for example, For example, a porous electrode made of an oxidation-resistant material, such as a metallic foam of nickel and/or titanium coated with a catalyst suitable for oxidizing water and resistant to the electrical potentials reached in use as an electrolyzer. The suitable catalyst for oxidizing water is, for example, a platinum-ruthenium alloy oxide, a platinum-iridium alloy oxide, a ruthenium oxide, an iridium oxide and/or a nickel oxide. An example of a suitable concentration of catalyst for oxidizing water is a concentration of at least 0.05 mg per square centimeter of surface of the second electrode 81 and at most 0.5 mg per square centimeter of surface of the second electrode 81.

El catalizador del segundo electrodo 81 puede ser un catalizador no reversible para acelerar: The catalyst of the second electrode 81 may be a non-reversible catalyst to accelerate:

• la generación de oxígeno mediante una reacción química causada por electrólisis al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre el primer colector 2 de corriente y el segundo colector 91 de corriente o • the generation of oxygen through a chemical reaction caused by electrolysis by applying an electrical potential difference between the first current collector 2 and the second current collector 91 or

• la generación de energía eléctrica a partir de una reacción química de gases procedentes del primer electrodo 1 y del segundo electrodo 81. • the generation of electrical energy from a chemical reaction of gases coming from the first electrode 1 and the second electrode 81.

El tercer electrodo 82 es un electrodo para difusión de oxígeno. El tercer electrodo 82 es un electrodo adecuado para: The third electrode 82 is an oxygen diffusion electrode. The third electrode 82 is an electrode suitable for:

• generar energía eléctrica a partir de una reacción química de gases procedentes del primer electrodo 1 y del tercer electrodo 82 o • generate electrical energy from a chemical reaction of gases coming from the first electrode 1 and the third electrode 82 or

• generar oxígeno mediante una reacción química causada por electrólisis aplicando una diferencia de potencial eléctrico entre el primer colector 2 de corriente y el tercer colector 92 de corriente. • generate oxygen through a chemical reaction caused by electrolysis by applying an electrical potential difference between the first current collector 2 and the third current collector 92.

Una ventaja de emplear un catalizador no reversible es su menor coste y mayor eficiencia y durabilidad en comparación con catalizadores reversibles. An advantage of using a non-reversible catalyst is its lower cost and greater efficiency and durability compared to reversible catalysts.

Un tercer electrodo 82 adecuado para generar energía eléctrica a partir de una reacción química es, por ejemplo, un electrodo poroso de tela de carbón o de papel de carbón recubierto con un catalizador. El catalizador es, por ejemplo, un catalizador para reducir oxígeno, tal como platino o, más en particular, nanopartículas de platino. Un ejemplo de una concentración adecuada de platino para reducir oxígeno es una concentración de al menos 0,05 mg de platino por centímetro cuadrado de superficie proyectada del tercer electrodo 82 y como máximo de 0,3 mg de platino por centímetro cuadrado de superficie proyectada del tercer electrodo 82. El dispositivo electroquímico 100 puede comprender un componente para facilitar la captura y eliminación de agua producto de la reacción química. Por ejemplo, el dispositivo electroquímico 100 puede comprender una capa hidrofílica en contacto con el tercer colector 92 de corriente para permitir la entrada de un gas en el tercer electrodo 82 y para capturar el agua producida. La capa hidrofílica es, por ejemplo, papel secante. El componente para capturar un producto de la reacción química está en contacto con el tercer colector 92 de corriente, de manera que una primera superficie del tercer colector 92 de corriente está en contacto con el tercer electrodo 82 y una segunda superficie del tercer colector 92 de corriente está en contacto con el componente para capturar el producto, siendo la segunda superficie del tercer colector 92 de corriente opuesta a la primera superficie del tercer colector 92 de corriente. La captura y eliminación del producto agua es favorecida por las columnas hidrofílicas 711,721 de las placas externas ilustradas en la Fig. 7. A third electrode 82 suitable for generating electrical energy from a chemical reaction is, for example, a porous carbon cloth or carbon paper electrode coated with a catalyst. The catalyst is, for example, a catalyst for reducing oxygen, such as platinum or, more particularly, platinum nanoparticles. An example of a suitable concentration of platinum for reducing oxygen is a concentration of at least 0.05 mg of platinum per square centimeter of projected surface of the third electrode 82 and at most 0.3 mg of platinum per square centimeter of projected surface of the third electrode 82. The electrochemical device 100 may comprise a component to facilitate the capture and elimination of water product of the chemical reaction. For example, the electrochemical device 100 may comprise a hydrophilic layer in contact with the third current collector 92 to allow a gas to enter the third electrode 82 and to capture the produced water. The hydrophilic layer is, for example, blotting paper. The component for capturing a chemical reaction product is in contact with the third current collector 92, such that a first surface of the third current collector 92 is in contact with the third electrode 82 and a second surface of the third current collector 92 is in contact with the third current collector 92. current is in contact with the component to capture the product, the second surface of the third current collector 92 being opposite to the first surface of the third current collector 92. The capture and elimination of the water product is favored by the hydrophilic columns 711,721 of the external plates illustrated in Fig. 7.

Un tercer electrodo 82 adecuado para generar oxígeno simultáneamente con la generación de hidrógeno en el primer electrodo 1 mediante la reacción de electrólisis de agua al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre el primer colector 2 de corriente y el tercer colector 92 de corriente es, por ejemplo, un electrodo poroso y hecho de un material resistente a la oxidación, tal como una espuma metálica de níquel y/o titanio recubierto con un catalizador adecuado para oxidar agua y resistente a los potenciales eléctricos alcanzados en el uso como electrolizador. El catalizador adecuado para oxidar agua es, por ejemplo, un óxido de una aleación de platino y rutenio, un óxido de una aleación de platino e iridio, un óxido de rutenio, un óxido de iridio y/o un óxido de níquel. A third electrode 82 suitable for generating oxygen simultaneously with the generation of hydrogen in the first electrode 1 by the electrolysis reaction of water by applying an electrical potential difference between the first current collector 2 and the third current collector 92 is, for example, For example, an electrode that is porous and made of a material resistant to oxidation, such as a metal foam of nickel and/or titanium coated with a catalyst suitable for oxidizing water and resistant to the electrical potentials reached in use as an electrolyzer. The suitable catalyst for oxidizing water is, for example, a platinum-ruthenium alloy oxide, a platinum-iridium alloy oxide, a ruthenium oxide, an iridium oxide and/or a nickel oxide.

El catalizador del tercer electrodo 82 puede ser un catalizador no reversible para acelerar: The third electrode catalyst 82 may be a non-reversible catalyst to accelerate:

• la generación de oxígeno mediante una reacción química causada por electrólisis al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre el primer colector 2 de corriente y el tercer colector 92 de corriente o • the generation of oxygen through a chemical reaction caused by electrolysis by applying an electrical potential difference between the first current collector 2 and the third current collector 92 or

• la generación energía eléctrica a partir de una reacción química de gases procedentes del primer electrodo 1 y del tercer electrodo 82. • the generation of electrical energy from a chemical reaction of gases coming from the first electrode 1 and the third electrode 82.

Continuando con las figuras 2 y 6, el segundo colector 91 de corriente comprende una tercera rejilla 911 eléctricamente conductora. La tercera rejilla 911 está en contacto con el segundo electrodo 81. La tercera rejilla 911 está hecha de un material eléctricamente conductor como, por ejemplo, níquel. Para disminuir la resistencia eléctrica del contacto entre la tercera rejilla 911 y el segundo electrodo 81, la tercera rejilla 911 puede tener un recubrimiento de un material de conductividad eléctrica elevada en la cara de la tercera rejilla 911 en contacto con el segundo electrodo 81. Un ejemplo de un material de conductividad eléctrica elevada es el oro. El segundo colector 91 de corriente comprende un segundo saliente conductor 912. El segundo saliente conductor 912 permite conectar el segundo colector 91 de corriente con un circuito eléctrico externo al dispositivo electroquímico 100. Continuing with Figures 2 and 6, the second current collector 91 comprises a third electrically conductive grid 911. The third grid 911 is in contact with the second electrode 81. The third grid 911 is made of an electrically conductive material such as nickel. To decrease the electrical resistance of the contact between the third grid 911 and the second electrode 81, the third grid 911 may have a coating of a high electrical conductivity material on the face of the third grid 911 in contact with the second electrode 81. A An example of a material with high electrical conductivity is gold. The second current collector 91 comprises a second conductive projection 912. The second conductive projection 912 allows the second current collector 91 to be connected to an electrical circuit external to the electrochemical device 100.

Continuando con las figuras 2 y 6, el tercer colector 92 de corriente comprende una cuarta rejilla 921 eléctricamente conductora. La cuarta rejilla 921 está en contacto con el tercer electrodo 82. La cuarta rejilla 921 está hecha de un material eléctricamente conductor como, por ejemplo, níquel. Para disminuir la resistencia eléctrica del contacto entre la cuarta rejilla 921 y el tercer electrodo 82, la cuarta rejilla 921 puede tener un recubrimiento de un material de conductividad eléctrica elevada en la cara de la cuarta rejilla 921 en contacto con el tercer electrodo 82. Un ejemplo de un material de conductividad eléctrica elevada es el oro. El tercer colector 92 de corriente comprende un tercer saliente conductor 922. El tercer saliente conductor 922 permite conectar el tercer colector 92 de corriente con un circuito eléctrico externo a el dispositivo electroquímico 100. Continuing with Figures 2 and 6, the third current collector 92 comprises a fourth electrically conductive grid 921. The fourth grid 921 is in contact with the third electrode 82. The fourth grid 921 is made of an electrically conductive material such as nickel. To decrease the electrical resistance of the contact between the fourth grid 921 and the third electrode 82, the fourth grid 921 may have a coating of a high electrical conductivity material on the face of the fourth grid 921 in contact with the third electrode 82. A An example of a material with high electrical conductivity is gold. The third current collector 92 comprises a third conductive projection 922. The third conductive projection 922 allows the third current collector 92 to be connected to an electrical circuit external to the electrochemical device 100.

Para mejorar la eficiencia del dispositivo electroquímico 100 se puede minimizar la resistencia eléctrica del dispositivo electroquímico. En concreto, se puede minimizar la resistencia que ofrecen componentes del dispositivo electroquímico al paso de iones y electrones. Esta resistencia se minimiza, por ejemplo, mejorando: el contacto entre el primer electrodo 1 y el primer colector 2 de corriente, el contacto entre el primer electrodo 1 y la primera membrana 41 de electrolito, el contacto entre el primer electrodo 1 y la segunda membrana 42 de electrolito, el contacto entre el segundo electrodo 81 y la primera membrana 41 de electrolito, el contacto entre el tercer electrodo 82 y la segunda membrana 42 de electrolito, el contacto entre el segundo electrodo 81 y el segundo colector 91 de corriente, el contacto entre el tercer electrodo 82 y el tercer colector 92 de corriente. To improve the efficiency of the electrochemical device 100, the electrical resistance of the electrochemical device can be minimized. Specifically, the resistance offered by components of the electrochemical device to the passage of ions and electrons can be minimized. This resistance is minimized, for example, by improving: the contact between the first electrode 1 and the first current collector 2, the contact between the first electrode 1 and the first electrolyte membrane 41, the contact between the first electrode 1 and the second electrolyte membrane 42, the contact between the second electrode 81 and the first electrolyte membrane 41, the contact between the third electrode 82 and the second electrolyte membrane 42, the contact between the second electrode 81 and the second current collector 91, the contact between the third electrode 82 and the third current collector 92.

Para mejorar dichos contactos y/o la estanqueidad del compartimento donde está el primer electrodo 1, el dispositivo electroquímico 100 comprende, por ejemplo, unos elementos 101 de sujeción y de compresión. Tal como se ilustra en la figura 1 y en la figura 7, los elementos de sujeción y de compresión comprenden, por ejemplo, una primera placa 71, una segunda placa 72, unos tornillos 52 y unas tuercas 51, 53. La primera placa 71 comprende unas primeras columnas 711. La segunda placa 72 comprende unas segundas columnas 721. La primera placa 71 está hecha de, por ejemplo, aluminio, titanio, un metal poroso y/o un plástico rígido. La segunda placa 72 está hecha de, por ejemplo, aluminio, titanio, un metal poroso y/o un plástico rígido. To improve said contacts and/or the tightness of the compartment where the first electrode 1 is located, the electrochemical device 100 comprises, for example, clamping and compression elements 101. As illustrated in Figure 1 and Figure 7, the fastening and compression elements comprise, for example, a first plate 71, a second plate 72, screws 52 and nuts 51, 53. The first plate 71 it comprises first columns 711. The second plate 72 comprises second columns 721. The first plate 71 is made of, for example, aluminum, titanium, a porous metal and/or a rigid plastic. The second plate 72 is made of, for example, aluminum, titanium, a porous metal and/or a rigid plastic.

Tal como se deduce de la figura 2, las primeras columnas 711 están en contacto con la tercera rejilla 911. Las segundas columnas 721 están en contacto con la cuarta rejilla 921. As can be seen from Figure 2, the first columns 711 are in contact with the third grid 911. The second columns 721 are in contact with the fourth grid 921.

Los tornillos 52 atraviesan unos orificios pasantes de los componentes del dispositivo electroquímico 100, de manera que sujetan los componentes, además de permitir el cierre estanco de una porción intermedia 102 donde se aloja el primer electrodo 1 y el hidrógeno, y de permitir el ajuste de la presión de contacto entre los componentes eléctricos del dispositivo. Mediante el accionamiento de las tuercas 51 se regula la presión de contacto entre los componentes del dispositivo electroquímico 100. Por ejemplo, mediante un apriete de las tuercas 51 se aumenta la presión de contacto de los componentes. Al apretar las tuercas 51, se aumenta la presión entre las primeras columnas 711 y la tercera rejilla 911, y se aumenta la presión entre las segundas columnas 721 y la cuarta rejilla 921. De este modo se regula el contacto entre los componentes del dispositivo electroquímico 100. Una compresión adecuada se ejerce mediante aplicación de un torque de apriete entre 0,1 y 1 N-m a ocho tuercas de acero M3 en cada placa. The screws 52 pass through through holes of the components of the electrochemical device 100, so that they hold the components, in addition to allowing the tight closure of an intermediate portion 102 where the first electrode 1 and the hydrogen are housed, and allowing the adjustment of the contact pressure between the electrical components of the device. By actuating the nuts 51, the contact pressure between the components of the electrochemical device 100 is regulated. For example, by tightening the nuts 51, the contact pressure of the components is increased. By tightening the nuts 51, the pressure between the first columns 711 and the third grid 911 is increased, and the pressure between the second columns 721 and the fourth grid 921 is increased. In this way, the contact between the components of the electrochemical device is regulated. 100. Adequate compression is exerted by applying a tightening torque between 0.1 and 1 N-m to eight M3 steel nuts on each plate.

El accionamiento de las tuercas 53 permite regular la estanqueidad del dispositivo electroquímico. Por ejemplo, el apriete de las tuercas 53 permite aumentar la estanqueidad del dispositivo electroquímico 100. De esta forma, la entrada y/o salida de hidrógeno al compartimento del primer electrodo es por los conductos 31 y 32. Los conductos 31 y 32 deberán tener válvulas de apertura y cierre. Actuating the nuts 53 makes it possible to regulate the tightness of the electrochemical device. For example, tightening the nuts 53 allows the tightness of the electrochemical device 100 to be increased. In this way, the entry and/or exit of hydrogen to the first electrode compartment is through conduits 31 and 32. Conduits 31 and 32 must have opening and closing valves.

Para maximizar la eficiencia del dispositivo electroquímico 100, los elementos de sujeción y de compresión están configurados para permitir el acceso libre de reactivos como aire y agua desde el exterior del dispositivo hacia un segundo 81 y un tercer electrodo 82. To maximize the efficiency of the electrochemical device 100, the clamping and compression elements are configured to allow free access of reagents such as air and water from the outside of the device to a second 81 and a third electrode 82.

Para aislar eléctricamente la primera placa 71 y la segunda placa 72 con respecto a los electrodos del dispositivo electroquímico 100, se puede interponer una primera placa aislante 73 entre la primera placa 71 y el segundo colector 91 de corriente y se puede interponer una segunda placa aislante 74 entre la segunda placa 72 y el tercer colector 92 de corriente. Otra forma de aislamiento eléctrico entre las placas 71 y 72 es fabricarlas en un material no conductor, como plástico. Este aislamiento entre placas 71 y 72 es necesario cuando el dispositivo electroquímico funciona como pila de combustible y como electrolizador. En este caso un segundo electrodo 81 y un tercer electrodo 82 tienen que funcionar a distinto potencial eléctrico, ya que uno funciona como cátodo de pila de combustible (V = 0,4 a 0,9 V vs. NHE) y el otro como ánodo de electrolizador (V = 1,25 a 2,00 V vs. NHE). To electrically isolate the first plate 71 and the second plate 72 with respect to the electrodes of the electrochemical device 100, a first insulating plate 73 can be interposed between the first plate 71 and the second current collector 91 and a second insulating plate can be interposed 74 between the second plate 72 and the third current collector 92. Another form of electrical insulation between plates 71 and 72 is to make them from a non-conductive material, such as plastic. This insulation between plates 71 and 72 is necessary when the electrochemical device functions as a fuel cell and as an electrolyzer. In this case, a second electrode 81 and a third electrode 82 have to operate at different electrical potentials, since one functions as a fuel cell cathode (V = 0.4 to 0.9 V vs. NHE) and the other as an anode. of electrolyzer (V = 1.25 to 2.00 V vs. NHE).

El dispositivo electroquímico 100 es desmontable y montable, pues se puede desmontar separando las tuercas 51, 53 con respecto a los tornillos 52 y se puede volver a montar acoplando las tuercas 51,53 a los tornillos 52. The electrochemical device 100 is removable and mountable, since it can be disassembled by separating the nuts 51, 53 with respect to the screws 52 and can be reassembled by coupling the nuts 51, 53 to the screws 52.

En otras realizaciones (no ilustradas), los componentes del dispositivo electroquímico 100 están unidos mediante adhesivos como, por ejemplo, pegamento, junta térmica y/o termosellado de plástico en lugar de mediante los elementos de sujeción y compresión. En algunas realizaciones (no ilustradas), los componentes unidos mediante adhesivos no son separables reversiblemente. Las realizaciones de dispositivo electroquímico no desmontables reversiblemente permiten un dispositivo electroquímico más ligero en comparación con realizaciones en las que el dispositivo electroquímico es desmontable reversiblemente, es decir, está configurado para ser montable después de desmontarse, porque los elementos de sujeción y compresión de la Fig. 7 pueden simplificarse para solo ejercer la compresión. In other embodiments (not illustrated), the components of the electrochemical device 100 are joined by adhesives such as glue, heat seal, and/or plastic heat sealing instead of by clamping and compression elements. In some embodiments (not illustrated), the adhesively bonded components are not reversibly separable. Non-reversibly detachable electrochemical device embodiments allow for a lighter electrochemical device compared to embodiments in which the electrochemical device is reversibly detachable, that is, configured to be mountable after disassembly, because the clamping and compression elements of Fig .7 can be simplified to only exert compression.

Tal como se ilustra en las figuras 8, 9 y 10 el dispositivo electroquímico 100 puede estar configurado para funcionar como pila de combustible, como electrolizador o como pila de combustible y electrolizador simultáneamente. As illustrated in Figures 8, 9 and 10, the electrochemical device 100 can be configured to function as a fuel cell, as an electrolyzer, or as a fuel cell and electrolyzer simultaneously.

La figura 8 ilustra un dispositivo electroquímico 100 en el que el segundo electrodo 81 y el tercer electrodo 82 están en contacto con aire. El dispositivo electroquímico 100 de la figura 8 funciona como dos pilas de combustible, una primera pila de combustible que comprende el primer electrodo 1 y el segundo electrodo 81 y una segunda pila de combustible que comprende el primer electrodo 1 y el tercer electrodo 82. El funcionamiento del segundo electrodo 81 y del tercer electrodo 82 como pila de combustible para generar electricidad requiere alimentar el compartimento donde está el primer electrodo 1 con hidrógeno a una pequeña sobrepresión de, por ejemplo, al menos 0,3 bar y como máximo 1,0 bar sobre la presión atmosférica. El primer saliente conductor 21, el segundo saliente conductor 912 y el tercer saliente conductor 922 se pueden conectar a una carga eléctrica o a una aplicación a través de un convertidor CC-CC, es decir, un convertidor de corriente continua en corriente continua. Figure 8 illustrates an electrochemical device 100 in which the second electrode 81 and the third electrode 82 are in contact with air. The electrochemical device 100 of Figure 8 functions as two fuel cells, a first fuel cell comprising the first electrode 1 and the second electrode 81 and a second fuel cell comprising the first electrode 1 and the third electrode 82. The Operation of the second electrode 81 and the third electrode 82 as a fuel cell to generate electricity requires feeding the compartment where the first electrode 1 is with hydrogen at a small overpressure of, for example, at least 0.3 bar and at most 1.0 bar above atmospheric pressure. The first conductive protrusion 21, the second conductive protrusion 912 and the third conductive protrusion 922 can be connected to an electrical load or an application through a DC-DC converter, that is, a direct current to direct current converter.

La figura 11 muestra una curva de polarización (tensión de celda electroquímica vs corriente de celda electroquímica) y de potencia (potencia eléctrica de celda electroquímica vs corriente de celda electroquímica) del funcionamiento del dispositivo electroquímico 100 de la figura 8. Este dispositivo electroquímico comprende un primer electrodo 1, un segundo electrodo 81 y un tercer electrodo 82 hechos de tela de carbón y catalizados con platino, en concreto, con una concentración de 0,30 mg de platino por cada centímetro cuadrado de superficie del electrodo. Figure 11 shows a polarization (electrochemical cell voltage vs. electrochemical cell current) and power (electrochemical cell electrical power vs. electrochemical cell current) curve of the operation of the electrochemical device 100 of Figure 8. This electrochemical device comprises a first electrode 1, a second electrode 81 and a third electrode 82 made of carbon cloth and catalyzed with platinum, specifically, with a concentration of 0.30 mg of platinum for each square centimeter of electrode surface.

La figura 9 ilustra un dispositivo electroquímico 100 en el que el segundo electrodo 81 y el tercer electrodo 82 están en contacto con agua. El dispositivo electroquímico 100 de la figura 9 funciona como dos electrolizadores, un primer electrolizador que comprende el primer electrodo 1 y el segundo electrodo 81 y un segundo electrolizador que comprende el primer electrodo 1 y el tercer electrodo 82. Si el segundo electrodo 81 y el tercer electrodo 82 están sumergidos en agua, como se muestra en la figura 9, la estructura de sujeción y presión está eléctricamente aislada del segundo electrodo 81 y del tercer electrodo 82 mediante, por ejemplo, uso de componentes aislantes adecuados entre los tornillos de sujeción y las placas. Este aislamiento eléctrico no es necesario en esta funcionalidad pero tiene como ventaja que permite monitorizar y controlar independientemente cada electrodo. El primer saliente conductor 21, el segundo saliente conductor 912 y el tercer saliente conductor 922 están conectados a un generador de electricidad como, por ejemplo, un panel solar, un aerogenerador, o cualquier otra fuente de electricidad, externo a el dispositivo electroquímico 100 para proveer energía eléctrica con las características de tensión y corriente adecuadas para la reacción de conversión del agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno generado puede quedar almacenado en el propio compartimento donde está el primer electrodo 1 si la cantidad de hidrógeno almacenada se ajusta a los requerimientos de presión máxima que puede soportar el compartimento, por ejemplo, si no se eleva la presión del compartimento por encima de 1 bar sobre presión atmosférica. Para mayores cantidades de energía almacenada se puede conectar el interior del compartimento con un contenedor para hidrógeno, por ejemplo, mediante el segundo conducto 32. Figure 9 illustrates an electrochemical device 100 in which the second electrode 81 and the third electrode 82 are in contact with water. The electrochemical device 100 of Figure 9 functions as two electrolyzers, a first electrolyzer comprising the first electrode 1 and the second electrode 81 and a second electrolyzer comprising the first electrode 1 and the third electrode 82. If the second electrode 81 and the third electrode 82 are immersed in water, as shown in Figure 9, the clamping and pressure structure is electrically isolated from the second electrode 81 and the third electrode 82 by, for example, use of suitable insulating components between the clamping screws and the plates. This electrical isolation is not necessary in this functionality but its advantage is that it allows each electrode to be independently monitored and controlled. The first conductive protrusion 21, the second conductive protrusion 912 and the third conductive protrusion 922 are connected to an electricity generator, such as a solar panel, a wind turbine, or any other source of electricity, external to the electrochemical device 100 to provide electrical energy with the appropriate voltage and current characteristics for the conversion reaction of water into hydrogen and oxygen. The hydrogen generated can be stored in the compartment itself where the first electrode 1 is located if the amount of hydrogen stored adjusts to the maximum pressure requirements that the compartment can withstand, for example, if the pressure of the compartment is not raised above 1 bar above atmospheric pressure. For larger amounts of stored energy, the interior of the compartment can be connected to a container for hydrogen, for example, via the second conduit 32.

Las figuras 12 y 13 ilustran el funcionamiento del dispositivo electroquímico 100 de la figura 9. La figura 12 ilustra una primera evolución temporal de corriente 121 aplicada al electrolizador para obtener hidrógeno en el primer electrodo 1 y una segunda evolución temporal de corriente 122 generada con el hidrógeno obtenido y almacenado en un compartimento interior de una porción intermedia 102. La figura 13 ilustra una primera evolución temporal de potencia eléctrica 131 aplicada al electrolizador para obtener hidrógeno y una segunda evolución temporal de potencia eléctrica 132 generada con el hidrógeno obtenido y almacenado. Figures 12 and 13 illustrate the operation of the electrochemical device 100 of Figure 9. Figure 12 illustrates a first time evolution of current 121 applied to the electrolyzer to obtain hydrogen in the first electrode 1 and a second time evolution of current 122 generated with the hydrogen obtained and stored in an interior compartment of an intermediate portion 102. Figure 13 illustrates a first temporal evolution of electrical power 131 applied to the electrolyzer to obtain hydrogen and a second temporal evolution of electrical power 132 generated with the hydrogen obtained and stored.

El mismo dispositivo electroquímico puede estar configurado para funcionar como pila de combustible y como electrolizador simultáneamente, por ejemplo, si el segundo electrodo 81 y el tercer electrodo 82 tienen una configuración adecuada según lo descrito anteriormente. En esta funcionalidad el segundo electrodo 81 está eléctricamente aislado del tercer electrodo 82 para estar a distinto potencial eléctrico. Este aislamiento puede hacerse de la forma indicada anteriormente. El funcionamiento como pila-electrolizador simultáneo se puede conseguir mediante inmersión parcial del dispositivo electroquímico 100, tal como se muestra en la figura 10, sumergiendo el tercer electrodo 82 de oxígeno en agua para electrólisis dentro del agua, y dejando el segundo electrodo 81 en contacto con aire. The same electrochemical device may be configured to function as a fuel cell and an electrolyzer simultaneously, for example, if the second electrode 81 and the third electrode 82 have a suitable configuration as described above. In this functionality, the second electrode 81 is electrically isolated from the third electrode 82 to be at a different electrical potential. This isolation can be done in the manner indicated above. Operation as a simultaneous battery-electrolyzer can be achieved by partial immersion of the electrochemical device 100, as shown in Figure 10, submerging the third oxygen electrode 82 in water for electrolysis within the water, and leaving the second electrode 81 in contact. with air.

Las figuras 14 y 15 ilustran el funcionamiento del dispositivo electroquímico 100 de la figura 10. El dispositivo electroquímico 100 de la figura 10 comprende un segundo electrodo 81 de carbón y platino que comprende una concentración de 0,30 mg de platino por cada centímetro cuadrado de superficie del segundo electrodo 81, y el tercer electrodo 82 está formado por una rejilla de níquel. Este tercer electrodo 82 no es óptimo para la función electrolítica pero sirve para mostrar el funcionamiento del dispositivo electroquímico 100 de la figura 10. La pila de combustible se ha dejado polarizada a 0,3 V con objeto de que consuma inmediatamente el hidrógeno producido a causa del tercer electrodo 82. La producción y el consumo de hidrógeno se llevan a cabo simultáneamente en un primer electrodo 1. En la figura 14 se observa que la corriente producida 141 en la pila de combustible es de igual magnitud que la corriente empleada 142 en la generación de hidrógeno lo que refleja una eficiencia faradaica del 100%, es decir, que todo el hidrógeno producido en un primer electrodo 1 es inmediatamente consumido en un primer electrodo 1. Esto es posible gracias a la reversibilidad de la reacción de hidrógeno H2^ 2H+ 2e- y al diseño de un primer electrodo 1. En la figura 15 se muestra la potencia consumida 151 en la electrólisis y la potencia generada 152 por la pila de combustible. La eficiencia energética del proceso es de un 10% en este caso. Mayores eficiencias pueden alcanzarse optimizando el catalizador de electrólisis. Figures 14 and 15 illustrate the operation of the electrochemical device 100 of Figure 10. The electrochemical device 100 of Figure 10 comprises a second carbon and platinum electrode 81 comprising a concentration of 0.30 mg of platinum per square centimeter of surface of the second electrode 81, and the third electrode 82 is formed by a nickel grid. This third electrode 82 is not optimal for the electrolytic function but serves to show the operation of the electrochemical device 100 of Figure 10. The fuel cell has been left polarized at 0.3 V so that it immediately consumes the hydrogen produced due to of the third electrode 82. The production and consumption of hydrogen are carried out simultaneously in a first electrode 1. In Figure 14 it is observed that the current produced 141 in the fuel cell is of the same magnitude as the current used 142 in the hydrogen generation which reflects a faradaic efficiency of 100%, that is, all the hydrogen produced in a first electrode 1 is immediately consumed in a first electrode 1. This is possible thanks to the reversibility of the hydrogen reaction H2^ 2H+ 2e- and to the design of a first electrode 1. Figure 15 shows the power consumed 151 in the electrolysis and the power generated 152 by the fuel cell. The energy efficiency of the process is 10% in this case. Higher efficiencies can be achieved by optimizing the electrolysis catalyst.

Si bien las figuras ilustran un dispositivo electroquímico con componentes con forma de disco y anillo, en otras realizaciones (no ilustradas) dichos componentes del dispositivo electroquímico tienen una forma distinta de la forma de disco y anillo, por ejemplo, forma de paralelepípedo. Las formas circulares como, por ejemplo, las formas de disco o las formas de anillo permiten mejorar la estanqueidad y la homogeneidad frente a otras formas. While the figures illustrate an electrochemical device with disc and ring shaped components, in other embodiments (not illustrated) said components of the electrochemical device have a shape other than the disc and ring shape, for example, parallelepiped shaped. Circular shapes such as disc shapes or ring shapes improve tightness and homogeneity compared to other shapes.

En este texto, el término “comprende” y sus variantes (como “comprendiendo”, etc.) no deben entenderse de forma excluyente, es decir, estos no excluyen la posibilidad de que lo descrito incluya otros elementos, pasos, etc. In this text, the term “comprehends” and its variants (such as “understanding”, etc.) should not be understood in an exclusive way, that is, they do not exclude the possibility that what is described includes other elements, steps, etc.

Por otra parte, la invención no está limitada a las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones. On the other hand, the invention is not limited to the specific embodiments that have been described but also encompasses, for example, the variants that can be carried out by the average person skilled in the art (for example, regarding the choice of materials, dimensions , components, configuration, etc.), within what is clear from the claims.

Claims (22)

REIVINDICACIONES 1. Dispositivo electroquímico (100) para generar hidrógeno y/o corriente eléctrica, comprendiendo el dispositivo electroquímico un primer electrodo (1) de difusión de gas, un segundo electrodo (81) de difusión de gas y un tercer electrodo (82) de difusión de gas; siendo el primer electrodo (1) para difusión de hidrógeno; siendo el segundo electrodo (81) y el tercer electrodo (82) para difusión de oxígeno; estando el primer electrodo (1) en un compartimento; estando el dispositivo electroquímicocaracterizado por quecomprende un primer colector (2) de corriente, un segundo colector (91) de corriente y un tercer colector (92) de corriente; estando el compartimento delimitado lateralmente por una primera membrana (41) de electrolito y por una segunda membrana (42) de electrolito, donde la primera membrana (41) y/o la segunda membrana (42) son de electrolito de polímero; estando el primer electrodo (1) entre la primera membrana (41) de electrolito y la segunda membrana (42) de electrolito, estando el primer electrodo (1) en contacto con la primera membrana (41) de electrolito y con la segunda membrana (42) de electrolito y estando el primer electrodo (1) en contacto con el primer colector (2) de corriente; estando el segundo electrodo (81) entre la primera membrana (41) de electrolito y el segundo colector (91) de corriente; estando el tercer electrodo (82) entre la segunda membrana (42) de electrolito y el tercer colector (92) de corriente; estando el segundo electrodo (81) en contacto con la primera membrana (41) de electrolito y con el segundo colector (91) de corriente; estando el tercer electrodo (82) en contacto con la segunda membrana (42) de electrolito y con el tercer colector (92) de corriente.1. Electrochemical device (100) for generating hydrogen and/or electric current, the electrochemical device comprising a first gas diffusion electrode (1), a second gas diffusion electrode (81) and a third diffusion electrode (82). Of gas; the first electrode (1) being for hydrogen diffusion; the second electrode (81) and the third electrode (82) being for oxygen diffusion; the first electrode (1) being in a compartment; the electrochemical device being characterized in that it comprises a first current collector (2), a second current collector (91) and a third current collector (92); the compartment being laterally delimited by a first electrolyte membrane (41) and by a second electrolyte membrane (42), where the first membrane (41) and/or the second membrane (42) are made of polymer electrolyte; the first electrode (1) being between the first electrolyte membrane (41) and the second electrolyte membrane (42), the first electrode (1) being in contact with the first electrolyte membrane (41) and with the second membrane ( 42) of electrolyte and the first electrode (1) being in contact with the first current collector (2); the second electrode (81) being between the first electrolyte membrane (41) and the second current collector (91); the third electrode (82) being between the second electrolyte membrane (42) and the third current collector (92); the second electrode (81) being in contact with the first electrolyte membrane (41) and with the second current collector (91); the third electrode (82) being in contact with the second electrolyte membrane (42) and with the third current collector (92). 2. El dispositivo electroquímico (100) de la reivindicación 1, comprendiendo el segundo electrodo (81) y/o el tercer electrodo (82) un catalizador para oxidar agua; en el que el primer electrodo (1) comprende preferiblemente un catalizador para reducir agua o protones.2. The electrochemical device (100) of claim 1, the second electrode (81) and/or the third electrode (82) comprising a catalyst for oxidizing water; wherein the first electrode (1) preferably comprises a catalyst for reducing water or protons. 3. El dispositivo electroquímico (100) de la reivindicación 1, comprendiendo el segundo electrodo (81) un catalizador para oxidar agua y comprendiendo el tercer electrodo (82) un catalizador para reducir oxígeno; en el que el primer electrodo (1) comprende preferiblemente un catalizador para oxidar hidrógeno y para reducir agua.3. The electrochemical device (100) of claim 1, the second electrode (81) comprising a catalyst for oxidizing water and the third electrode (82) comprising a catalyst for reducing oxygen; wherein the first electrode (1) preferably comprises a catalyst for oxidizing hydrogen and for reducing water. 4. El dispositivo electroquímico (100) de la reivindicación 1, comprendiendo el segundo electrodo (81) y/o el tercer electrodo (82) un catalizador para reducir oxígeno; en el que el primer electrodo (1) comprende preferiblemente un catalizador para oxidar hidrógeno.4. The electrochemical device (100) of claim 1, the second electrode (81) and/or the third electrode (82) comprising a catalyst for reducing oxygen; wherein the first electrode (1) preferably comprises a catalyst for oxidizing hydrogen. 5. El dispositivo electroquímico (100) de la reivindicación 2 o 3, comprendiendo el catalizador para oxidar agua al menos uno de un óxido de una aleación de platino y rutenio, un óxido de una aleación de platino e iridio, un óxido de rutenio, un óxido de iridio y un óxido de níquel; comprendiendo el segundo electrodo (81) un sustrato de metal, teniendo el sustrato unos poros.5. The electrochemical device (100) of claim 2 or 3, the catalyst for oxidizing water comprising at least one of an oxide of a platinum and ruthenium alloy, an oxide of a platinum and iridium alloy, a ruthenium oxide, an iridium oxide and a nickel oxide; the second electrode (81) comprising a metal substrate, the substrate having pores. 6. El dispositivo electroquímico (100) de la reivindicación 3 o 4, en el que el catalizador para reducir oxígeno comprende carbón recubierto de nanopartículas de platino con una concentración de al menos 0,1 mg y como máximo 0,3 mg de platino por cada centímetro cuadrado proyectado de electrodo, o en el que el catalizador para reducir oxígeno comprende níquel y/o un material sólido poroso a base de carbón dopado con nitrógeno y hierro, teniendo el material sólido poroso a base de carbón dopado la fórmula FeCxNy.6. The electrochemical device (100) of claim 3 or 4, wherein the catalyst for reducing oxygen comprises carbon coated with platinum nanoparticles with a concentration of at least 0.1 mg and at most 0.3 mg of platinum per each projected square centimeter of electrode, or wherein the catalyst for reducing oxygen comprises nickel and/or a porous carbon-based solid material doped with nitrogen and iron, the doped carbon-based porous solid material having the formula FeCxNy. 7. El dispositivo electroquímico (100) de la reivindicación 2 o 3, en el que el catalizador para reducir agua o protones comprende partículas de un carbón microporoso recubiertas de nanopartículas de platino con una concentración de como máximo 0,3 mg de platino por cada centímetro cuadrado proyectado de electrodo.7. The electrochemical device (100) of claim 2 or 3, wherein the catalyst for reducing water or protons comprises particles of a microporous carbon coated with platinum nanoparticles with a concentration of at most 0.3 mg of platinum per projected square centimeter of electrode. 8. El dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el primer electrodo (1) una primera cara (11) y una segunda cara (12), estando la primera cara (11) en contacto con la primera membrana (41) de electrolito y estando la segunda cara (12) en contacto con la segunda membrana (42) de electrolito; comprendiendo el primer colector (2) de corriente una primera rejilla y una segunda rejilla, estando la primera rejilla eléctricamente conectada a la segunda rejilla, estando la primera cara (11) del primer electrodo (1) en contacto con la primera rejilla y estando la segunda cara (12) del primer electrodo (1) en contacto con la segunda rejilla; siendo la primera rejilla y la segunda rejilla para conducción de corriente eléctrica, y conexión al exterior mediante un saliente conductor (21) que mantiene la estanqueidad del compartimento del primer electrodo (1).8. The electrochemical device (100) of any one of the preceding claims, the first electrode (1) comprising a first face (11) and a second face (12), the first face (11) being in contact with the first membrane (41) of electrolyte and the second face (12) being in contact with the second membrane (42) of electrolyte; the first current collector (2) comprising a first grid and a second grid, the first grid being electrically connected to the second grid, the first face (11) of the first electrode (1) being in contact with the first grid and the second face (12) of the first electrode (1) in contact with the second grid; The first grid and the second grid being for conduction of electric current, and connection to the outside through a conductive projection (21) that maintains the tightness of the compartment of the first electrode (1). 9. El dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el segundo colector (91) de corriente una tercera rejilla (911), estando la tercera rejilla (911) en contacto con el segundo electrodo (81); siendo la tercera rejilla (911) para conducción de corriente eléctrica.9. The electrochemical device (100) of any one of the preceding claims, the second current collector (91) comprising a third grid (911), the third grid (911) being in contact with the second electrode (81); the third grid (911) being for conduction of electric current. 10. El dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el tercer colector (92) de corriente una cuarta rejilla (921), estando la cuarta rejilla (921) en contacto con el tercer electrodo (82); siendo la cuarta rejilla (921) para conducción de corriente eléctrica.10. The electrochemical device (100) of any one of the preceding claims, the third current collector (92) comprising a fourth grid (921), the fourth grid (921) being in contact with the third electrode (82); the fourth grid (921) being for conduction of electric current. 11. El dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo el primer electrodo (1) hidrófobo; siendo el primer electrodo (1) preferiblemente superhidrófobo.11. The electrochemical device (100) of any one of the preceding claims, the first electrode (1) being hydrophobic; the first electrode (1) being preferably superhydrophobic. 12. El dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el dispositivo electroquímico un primer conducto (31) para gas y un segundo conducto (32) para gas; estando el primer conducto (31) conectado fluídicamente con el compartimento y estando el segundo conducto (32) conectado fluídicamente con el compartimento, teniendo el primer conducto (31) y el segundo conducto (32) válvulas de apertura y cierre para hidrógeno.12. The electrochemical device (100) of any one of the preceding claims, the electrochemical device comprising a first gas conduit (31) and a second gas conduit (32); the first conduit (31) being fluidically connected to the compartment and the second conduit (32) being fluidically connected to the compartment, the first conduit (31) and the second conduit (32) having opening and closing valves for hydrogen. 13. El dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el dispositivo electroquímico una primera placa (71) con unas primeras columnas (711) y una segunda placa (72) con unas segundas columnas (721); estando el segundo colector (91) de corriente entre la primera placa (71) y el segundo electrodo (81); presionando las primeras columnas (711) el segundo colector (91) de corriente contra el segundo electrodo (81); estando el tercer colector (92) de corriente entre la segunda placa (72) y el tercer electrodo (82); presionando las segundas columnas (721) el tercer colector (92) de corriente contra el tercer electrodo (82); en el que preferiblemente las primeras columnas (711) comprenden un material hidrofílico y/o las segundas columnas (721) comprenden un material hidrofílico.13. The electrochemical device (100) of any one of the preceding claims, the electrochemical device comprising a first plate (71) with first columns (711) and a second plate (72) with second columns (721); the second current collector (91) being between the first plate (71) and the second electrode (81); the first columns (711) pressing the second current collector (91) against the second electrode (81); the third current collector (92) being between the second plate (72) and the third electrode (82); pressing the second columns (721) the third current collector (92) against the third electrode (82); wherein preferably the first columns (711) comprise a hydrophilic material and/or the second columns (721) comprise a hydrophilic material. 14. El dispositivo electroquímico (100) de la reivindicación 13, en el que la primera placa (71), el segundo colector (91) de corriente, la segunda membrana (42) de electrolito, la primera membrana (41) de electrolito, el tercer colector (92) de corriente y la segunda placa (72) comprenden unos orificios pasantes; comprendiendo el dispositivo electroquímico unos tornillos (52) y unas tuercas (51, 53) acopladas a los tornillos (52); estando los orificios pasantes atravesados por los tomillos (52); estando el dispositivo electroquímico configurado para regular la presión entre las columnas y el segundo y tercer colector (91, 92) de corriente accionando las tuercas (51), y para regular la estanqueidad del compartimento de un primer electrodo (1) accionando las tuercas (53).14. The electrochemical device (100) of claim 13, wherein the first plate (71), the second current collector (91), the second electrolyte membrane (42), the first electrolyte membrane (41), the third current collector (92) and the second plate (72) comprise through holes; the electrochemical device comprising screws (52) and nuts (51, 53) coupled to the screws (52); the through holes being crossed by the screws (52); the electrochemical device being configured to regulate the pressure between the columns and the second and third current collectors (91, 92) by operating the nuts (51), and to regulate the tightness of the compartment of a first electrode (1) by operating the nuts ( 53). 15. El dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo el dispositivo electroquímico desmontable y montable; comprendiendo el dispositivo electroquímico una configuración de desmontaje en la que:15. The electrochemical device (100) of any one of the preceding claims, the electrochemical device being removable and mountable; the electrochemical device comprising a disassembly configuration in which: - el segundo electrodo (81) está separado del segundo colector (91) de corriente, - el segundo electrodo (81) está separado de la primera membrana (41) de electrolito,- the second electrode (81) is separated from the second current collector (91), - the second electrode (81) is separated from the first electrolyte membrane (41), - el tercer electrodo (82) está separado del tercer colector (92) de corriente, y/o - el tercer electrodo (82) está separado de la segunda membrana (42) de electrolito.- the third electrode (82) is separated from the third current collector (92), and/or - the third electrode (82) is separated from the second electrolyte membrane (42). 16. El dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores y un panel fotovoltaico, estando el panel fotovoltaico eléctricamente conectado al saliente (21) del primer colector (2) de corriente y a un segundo saliente conductor (912) del segundo colector (91) de corriente y/o estando el panel fotovoltaico eléctricamente conectado al primer colector de corriente y a un tercer saliente conductor (922) del tercer colector de corriente.16. The electrochemical device (100) of any one of the preceding claims and a photovoltaic panel, the photovoltaic panel being electrically connected to the projection (21) of the first current collector (2) and to a second conductive projection (912) of the second collector (91) of current and/or the photovoltaic panel being electrically connected to the first current collector and to a third conductive projection (922) of the third current collector. 17. El dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 y un aerogenerador, estando el aerogenerador eléctricamente conectado al saliente (21) del primer colector (2) de corriente y a un segundo saliente conductor (912) del segundo colector (91) de corriente y/o estando el aerogenerador eléctricamente conectado al saliente (21) del primer colector de corriente y a un tercer saliente conductor (922) del tercer colector de corriente.17. The electrochemical device (100) of any one of claims 1 to 15 and a wind turbine, the wind turbine being electrically connected to the projection (21) of the first current collector (2) and to a second conductive projection (912) of the second collector (91) of current and/or the wind turbine being electrically connected to the projection (21) of the first current collector and to a third conductive projection (922) of the third current collector. 18. Uso del dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 para generar hidrógeno y electricidad; estando el segundo electrodo (81) en contacto con agua, estando el tercer electrodo (82) en contacto con oxígeno y estando el primer electrodo en contacto con hidrógeno; estando el saliente (21) del primer colector de corriente (22) y un segundo saliente conductor (912) del segundo colector de corriente (91) conectados a los polos negativo (reductor) y positivo (oxidante), respectivamente, de un generador de electricidad de corriente continua (DC); estando el saliente (21) del primer colector de corriente (22) y un tercer saliente conductor (922) del tercer colector de corriente (92) conectados a los polos negativo y positivo, respectivamente, de una carga o aplicación alimentada con corriente continua (DC); comprendiendo el uso hacer pasar una corriente entre el primer colector de corriente (2) y el segundo colector de corriente (91) de manera que tiene lugar la reacción electroquímica no espontánea de disociación de agua H2O → H2+ 0,5O2y se genera hidrógeno en el compartimento de un primer electrodo (1); y/o comprendiendo el uso la reacción electroquímica espontánea de hidrógeno y oxígeno para generar agua H2+ 0,5O2 → H2O entre el tercer electrodo (82) y el primer electrodo (1), generando la reacción electroquímica una corriente eléctrica entre el primer colector (2) de corriente y el tercer colector (92) de corriente.18. Use of the electrochemical device (100) of any one of claims 1 to 15 to generate hydrogen and electricity; the second electrode (81) being in contact with water, the third electrode (82) being in contact with oxygen and the first electrode being in contact with hydrogen; the projection (21) of the first current collector (22) and a second conductive projection (912) of the second current collector (91) being connected to the negative (reducing) and positive (oxidizing) poles, respectively, of a generator. direct current (DC) electricity; the projection (21) of the first current collector (22) and a third conductive projection (922) of the third current collector (92) being connected to the negative and positive poles, respectively, of a load or application supplied with direct current ( D.C.); The use comprising passing a current between the first current collector (2) and the second current collector (91) so that the non-spontaneous electrochemical reaction of water dissociation H2O → H2+ 0.5O2 takes place and hydrogen is generated in the compartment of a first electrode (1); and/or comprising the use of the spontaneous electrochemical reaction of hydrogen and oxygen to generate water H2+ 0.5O2 → H2O between the third electrode (82) and the first electrode (1), the electrochemical reaction generating an electric current between the first collector ( 2) current and the third current collector (92). 19. Uso del dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 para generar hidrógeno, estando el segundo electrodo (81) y el tercer electrodo (82) en contacto con agua, estando el primer electrodo (1) en contacto con protones y/o agua; conectando un generador externo de electricidad de corriente continua (DC) con el polo negativo (potencial reductor) al saliente (21) del primer colector de corriente (2) y con el polo positivo (potencial oxidante) al segundo y tercer colector (91) y (92) por medio de sus respectivos salientes conductores (912) y (922); comprendiendo el uso la reacción electroquímica H2O → H2+ 0,5O2 entre el segundo electrodo y el primer electrodo y la misma reacción electroquímica H2O → H2+ 0,5O2entre el tercer electrodo y el primer electrodo, generando la reacción electroquímica hidrógeno en el compartimento.19. Use of the electrochemical device (100) of any one of claims 1 to 15 to generate hydrogen, the second electrode (81) and the third electrode (82) being in contact with water, the first electrode (1) being in contact with protons and/or water; connecting an external direct current (DC) electricity generator with the negative pole (reducing potential) to the protrusion (21) of the first current collector (2) and with the positive pole (oxidizing potential) to the second and third collectors (91) and (92) through their respective conductive projections (912) and (922); the use comprising the electrochemical reaction H2O → H2+ 0.5O2 between the second electrode and the first electrode and the same electrochemical reaction H2O → H2+ 0.5O2between the third electrode and the first electrode, generating the electrochemical reaction hydrogen in the compartment. 20. Uso del dispositivo electroquímico (100) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 para generar electricidad; estando el segundo electrodo (81) y el tercer electrodo (82) en contacto con oxígeno, y estando el primer electrodo en contacto con hidrógeno; comprendiendo el uso la reacción electroquímica H2+ 0,5O2 → H2O entre el segundo electrodo (81) y el primer electrodo (1) y la misma reacción electroquímica H2+ 0,5O2 → H2O entre el tercer electrodo (82) y el primer electrodo (1), generando la reacción electroquímica una corriente eléctrica que circulará por un circuito externo entre el saliente (21) del primer colector de corriente (2) y los salientes (912) y (922) del segundo y tercer colectores de corriente (91) y (92).20. Use of the electrochemical device (100) of any one of claims 1 to 15 to generate electricity; the second electrode (81) and the third electrode (82) being in contact with oxygen, and the first electrode being in contact with hydrogen; the use comprising the electrochemical reaction H2+ 0.5O2 → H2O between the second electrode (81) and the first electrode (1) and the same electrochemical reaction H2+ 0.5O2 → H2O between the third electrode (82) and the first electrode (1 ), the electrochemical reaction generating an electric current that will circulate through an external circuit between the projection (21) of the first current collector (2) and the projections (912) and (922) of the second and third current collectors (91) and (92). 21. Uso según la reivindicación 18, estando un panel fotovoltaico y/o un aerogenerador eléctricamente conectado al saliente (21) del primer colector (2) de corriente (polo negativo-reductor) y al segundo saliente conductor (912) del segundo colector (91) de corriente (polo positivo-oxidante) o eléctricamente conectado(s) al saliente (21) del primer colector (2) de corriente (polo negativo-reductor) y al tercer saliente conductor (922) del tercer colector (92) de corriente (polo positivo-oxidante).21. Use according to claim 18, a photovoltaic panel and/or a wind turbine being electrically connected to the projection (21) of the first current collector (2) (negative-reducing pole) and to the second conductive projection (912) of the second collector ( 91) of current (positive-oxidizing pole) or electrically connected(s) to the projection (21) of the first current collector (2) (negative-reducing pole) and to the third conductive projection (922) of the third collector (92) of current (positive-oxidant pole). 22. Uso según la reivindicación 19, estando un panel fotovoltaico y/o un aerogenerador eléctricamente conectado(s) al saliente (21) del primer colector (2) de corriente (polo negativo-reductor) y a un segundo saliente conductor (912) del segundo colector (91) de corriente (polo positivo-oxidante) y eléctricamente conectado(s) al saliente (21) del primer colector (2) de corriente (polo negativo-reductor) y a un tercer saliente conductor (922) del tercer colector (92) de corriente (polo positivo-oxidante).22. Use according to claim 19, a photovoltaic panel and/or a wind turbine being electrically connected (s) to the projection (21) of the first current collector (2) (negative-reducing pole) and to a second conductive projection (912) of the second current collector (91) (positive-oxidizing pole) and electrically connected(s) to the projection (21) of the first current collector (2) (negative-reducing pole) and to a third conductive projection (922) of the third collector ( 92) current (positive-oxidizing pole).
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