Fuel cells/es
Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico en el que la energía de una reacción química se convierte directamente en electricidad. Esta electricidad puede utilizarse para alimentar un motor eléctrico o simplemente suministrarse a la red eléctrica principal.
Historia de la pila de combustible
La pila de combustible fue inventada por Sir William Grove en 1839. La pila de combustible que construyó se construyó con materiales similares a la pila de combustible de ácido fosfórico actual. En la década de 1960, su primera aplicación se produjo en los programas espaciales Géminis y Apolo. Posteriormente, en la década de 1970, se desarrolló una pila de combustible para su uso en la Tierra. Finalmente, en la década de 1980, se probó su uso en servicios públicos y automóviles.
Tipos de pilas de combustible
- Pilas de combustible alcalinas : utilizadas por la NASA en los programas Apolo y del transbordador espacial, para alimentar sistemas eléctricos en naves espaciales.
- Pilas de combustible de ácido fosfórico: se utilizan para aplicaciones de energía estacionaria, en hoteles y hospitales de EE. UU., Japón y Europa.
- Pilas de combustible de carbohidratos fundidos: funcionan a altas temperaturas para utilizar el combustible directamente y se fabrican en Estados Unidos y Japón.
- Pilas de combustible de óxido sólido: funcionan a temperaturas extremadamente altas, lo que les permite tolerar combustibles impuros y tienen un diseño simple.
- Membrana de intercambio de protones (PEM): utiliza una película plástica delgada como electrolito, produce una corriente eléctrica potente en relación con su tamaño y ofrece una mayor densidad de potencia, lo que resulta en un menor peso y un mejor rendimiento en términos de costo y volumen. [ 1 ] La mayoría de las celdas de combustible PEM utilizan hidrógeno como fuente de combustible. Por lo tanto, para generar electricidad, es necesario combinar H₂ combustible con O₂ aire sin combustión. El H₂O y el calor son los únicos subproductos cuando se utiliza H₂ como fuente de combustible.
- Pila de combustible de etanol directo (DEFC); como su nombre lo indica, utiliza etanol como fuente de combustible
- Celda de combustible de metanol directo (DMFC); como su nombre lo indica, utiliza metanol como fuente de combustible
- Pilas de combustible microbianas : utilizan microorganismos para producir electricidad.
Cómo funciona una pila de combustible básica
Las pilas de combustible son de varios tipos; a modo de ejemplo, analizaremos el funcionamiento de una pila de combustible PEM, que funciona con hidrógeno. Esta pila de combustible combina hidrógeno y oxígeno para producir electricidad, con agua y calor como subproducto. La pila de combustible más sencilla consta de un ánodo y un cátodo. El hidrógeno del ánodo reacciona con un catalizador, creando un ion con carga positiva y un electrón con carga negativa. El protón pasa a través de un electrolito, mientras que el electrón recorre el circuito. Esto crea una corriente. En el cátodo, el oxígeno reacciona con el ion y el electrón, formando agua y calor. Aunque la mayoría de las pilas de combustible son más grandes que una sola pila, pueden alimentar una bombilla pequeña o unos 0,7 vatios. Si estas pilas individuales se apilan en serie, la producción de energía puede aumentar considerablemente, desde varios vatios hasta unos pocos megavatios.
Lado del ánodo (suministros externos de combustible) 2H2 => 4H+ + 4e-
Lado del cátodo (oxidante) O2 + 4H+ +4e- => 2H2O
Reacción neta 2H2 + O2 => 2H2O
Ventajas y desventajas de las pilas de combustible
Dado que las pilas de combustible no dependen de la combustión, generan emisiones más bajas y limpias. En general, son duraderas y altamente eficientes. [ 2 ] La tecnología actual de pilas de combustible ha avanzado y algunas pueden alcanzar una eficiencia del 40-50 % utilizando hidrocarburos como el gas natural. Para que estos sistemas alcancen una eficiencia extremadamente alta, se puede capturar el calor residual combinando calor y energía, lo que a veces se denomina cogeneración. La captura de esta energía térmica puede alcanzar una eficiencia de aproximadamente el 85 % en un sistema.
Las pilas de combustible también pueden proporcionar seguridad energética, ya que eliminan la importación de petróleo. El hidrógeno, así como otros combustibles utilizables en pilas de combustible (como etanol, metanol, etc.), también pueden producirse localmente.
Como las pilas de combustible no tienen partes móviles, generalmente son muy silenciosas y pueden almacenarse en interiores o exteriores.
Aplicaciones de las pilas de combustible
- Vehículos (es decir, automóviles, autobuses) en entornos con aire; aunque para esta aplicación es una solución bastante costosa (los motores de combustión interna convencionales que funcionan con biocombustible son más económicos y tan libres de emisiones como las pilas de combustible).
- Vehículos en entornos sin aire (es decir, naves espaciales, vehículos submarinos); para esta aplicación es una solución rentable
- Energía portátil (es decir, para dispositivos pequeños de alto consumo, como teléfonos móviles y ordenadores portátiles). Para esta aplicación, es una solución rentable.
- Generación de energía doméstica: bastante ineficaz en términos de costos si se utiliza hidrógeno, a menos que se cuente con una central eléctrica de combustión (MEC) que funcione con hidrógeno generado a partir de partes de plantas de desecho y la energía se utilice inmediatamente (ver Hidrógeno como combustible ).
- Generación de energía basada en la red eléctrica principal
- Tratamiento de residuos de vertederos
En cuanto a la generación de energía doméstica, algunos grupos como Ballard Power Systems están trabajando en el desarrollo de una "pila de combustible regenerativa". Se trata de un dispositivo que puede generar hidrógeno y oxígeno cuando hay energía disponible y combinarlos eficientemente cuando se necesita. Dado que el hidrógeno es muy difícil de almacenar a largo plazo, su uso y producción en rápida sucesión parece una buena idea (si es que se puede lograr con la suficiente rapidez).
Galería
Una pila de combustible de etanol directo
Referencias
Enlaces externos
| Autores | Kendra , KVDP , Ariel O'Callaghan |
|---|---|
| Licencia | CC-BY-SA-3.0 |
| Citar como | Kendra , KVDP , Ariel O'Callaghan (2007–2025). «Pilas de combustible» . Appropedia . Consultado el 19 de agosto de 2025 . |
