¿Qué es una pila de combustible?

¿Qué es una pila de combustible?

En la puerta de al lado, su vecino está encendiendo su auto. Las fuertes revoluciones, el humo y los gases de escape llenan el aire. Tu auto es un poco diferente. Usted acciona el interruptor y su automóvil silenciosamente entra en acción, sin humo, sin olores y con poco ruido mientras retrocede y se dirige a la carretera. Las pilas de combustible son generadores eléctricos especiales que producen electricidad convirtiendo químicamente los combustibles en subproductos mientras eliminan los electrones y el calor para utilizarlos como energía. Sus combustibles suelen ser mucho más simples que los hidrocarburos, como el gas, el petróleo y el carbón, que utilizan los sistemas de combustión interna (como el motor de un automóvil típico). A menudo, el proceso químico es simplemente la combinación de hidrógeno y oxígeno en agua, utilizando un electrolito especial para controlar la reacción química. Los más pequeños parecen una gran batería, mientras que los más grandes pueden parecer un gran generador o un gran transformador de edificio.

Pila de combustible bajo el capó de un coche.

Cómo funcionan las pilas de combustible

Hay muchas versiones de celdas de combustible, que utilizan muchas variaciones de proceso, pero actúan como una batería que usa combustible en lugar de recargarse para obtener su energía. Estas características son comunes a la mayoría de los diseños.

Pila de combustible de óxido sólido

1. Generalmente, el combustible de hidrógeno entra en el lado negativo de la celda (ánodo) y reacciona en el electrolito para dividirse en electrones (que producen electricidad para el circuito) e iones de hidrógeno cargados positivamente. El exceso de hidrógeno se ventila o se reutiliza.
2. En el otro lado de la celda, el oxígeno proviene del aire. En el lado positivo (cátodo), recoge los electrones que regresan del circuito eléctrico y forma iones de oxígeno cargados negativamente.
3. Los iones de hidrógeno y los iones de oxígeno reaccionan juntos, formando agua y emitiendo energía que mantiene la reacción.
4. El agua y los gases no utilizados se drenan / ventilan.
5. El electrolito en las placas (ánodo y cátodo) y en el área intermedia regula la reacción.

Mientras haya combustible disponible para la celda, este proceso continuará indefinidamente. El sistema es silencioso, eficiente y no contaminante. Desafortunadamente, las pilas de combustible son actualmente caras, difíciles de construir y solo eficientes a temperaturas muy altas.

Características de diseño comunes

El diseño típico de celda de combustible, como una batería, tiene una capa de electrolito entre dos placas con carga opuesta. Sin embargo, a diferencia de una batería, las placas de una celda de combustible son porosas, lo que permite que los gases pasen a través de ellas y proporcionan una gran superficie para las reacciones. Estas placas, llamadas electrodos, hacen la mayor parte del trabajo.

1. Proporcionan un lugar para el proceso de ionización y desionización.
2. Conducen iones hacia y desde el área de reacción.
3. Separan los combustibles del electrolito en el centro de la celda.

Tipos de pilas de combustible

Dado que la celda de combustible produce electricidad directamente, la energía está disponible para su uso en sistemas de energía en automóviles, hogares, industrias, etc. La aplicación determina qué tipo de celda de combustible es apropiada. El tipo de electrolito utilizado en la celda determina cómo debe construirse la celda y las condiciones en las que debe funcionar. Algunos de ellos funcionan a temperaturas extremadamente altas, por lo que es posible que no los desee debajo del capó de su automóvil.

• MCFC = ‘pila de combustible de carbonato fundido’
• PAFC = ‘pila de combustible de ácido fosfórico’
• PEM = ‘membrana de polímero electrolítico’ o ‘membrana de intercambio de protones’
• SOFC = ‘pila de combustible de óxido sólido’

De los tipos de pilas de combustible que se están estudiando actualmente, las pilas PEM parecen ser las más prometedoras para su uso en vehículos, con varios modelos ya en el mercado. Muchas organizaciones, incluidos los gobiernos, están presionando por soluciones económicas y confiables del tipo PEM que puedan reemplazar los quemadores de combustibles fósiles contaminantes que se utilizan en la actualidad.

Resumen de la lección

Una pila de combustiblees un generador que combina químicamente combustible, como el hidrógeno, con oxígeno para producir electricidad y calor. Los electrones se eliminan para producir electricidad en el ánodo. El hidrógeno ionizado viaja a través de un electrolito. El oxígeno se ioniza cuando los electrones regresan del circuito. Los iones de oxígeno se combinan con los iones de hidrógeno para formar agua y proporcionar energía para continuar el ciclo. Hay muchos enfoques para la tecnología de celdas de combustible, y todos se basan en un núcleo similar, donde una placa permeable en el lado del ánodo y del cátodo proporciona un área de conversión de alta eficiencia de área de superficie alta para la ionización y desionización de la hidrógeno y oxígeno, y donde un electrolito en el centro proporciona un medio para que los gases pasen de un lado a otro en la celda. Se espera que las pilas de combustible ayuden a reducir la dependencia mundial de los combustibles fósiles.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador