Las Células de Combustible

Las células o pilas de combustible son dispositivos capaces de convertir la energía química de un combustible en energía eléctrica mediante un proceso electroquímico. En las pilas de combustible el combustible se oxida electroquímicamente y no mediante combustión, por tanto es un proceso controlado  en el que no hay grandes pérdidas de energía por calor, vibraciones o ruido como ocurre con la combustión en motores.

Las células de combustible pueden utilizar combustibles como metanol, hidrógeno, etanol, gas natural o gas propano licuado. La energía utilizada para producir algunos de los combustibles puede provenir de fuentes renovables como la energía eólica, solar o la biomasa de tal forma que se almacena la energía sin recurrir a bancos de baterías.

Las pilas de combustible se utilizan en aplicaciones portátiles para impulsar vehículos eléctricos y en aplicaciones estacionarias para hospitales, edificios y estaciones de telecomunicaciones. En el caso de los vehículos estos utilizan células de combustible para proveer de corriente continua a los motores eléctricos.

Una célula o pila de combustible contiene electrodos (cátodo y ánodo), estos se encuentran separado por una membrana o película de electrolito que permite el paso de los iones. Los electrodos también están unidos eléctricamente por un circuito (cables) que transfiere los electrones de un electrodo al otro. Además de lo anterior la célula debe tener un catalizador -usualmente platino- que hace posible la reacción, este se ubica en la superficie donde el combustible (u oxidante) se encuentra con el electrolito.

Fuente: Wikimedia commons

En el caso del hidrógeno este este llega al ánodo y se divide en protones (H+) y en electrones (e-). Los primeros atraviesan la capa de electrolito y los electrones recorren el circuito (los electrones representan corriente eléctrica). En el cátodo los protones y los electrones se encuentran nuevamente y reaccionan con el oxígeno para formar agua como único desecho.

Mediante la combinación de hidrógeno y oxígeno, las células de combustible pueden producir suficiente energía eléctrica, emitiendo únicamente agua pura como residuo. Son tan limpias que actualmente los astronautas beben el agua producida por las células de combustible del Transbordador Espacial.

NASA. Células frías de combustible.

La diferencia más importante entre las pilas convencionales o baterías y las pilas de combustible es que las baterías son cerradas, de tal forma que los que los reactantes son limitados. En cambio, las células de combustible son sistemas abiertos en el que los reactantes provienen del exterior del dispositivo y son reabastecidos continuamente.

Tipos de células

De acuerdo a la configuración de sus componentes ya a la naturaleza de los iones transportados y del electrolito, la células de combustibles se agrupan en las siguientes categorías:

  1. De membrana de intercambio de protones: Una membrana de polímero sirve como electrolito. Funcionan a temperaturas de 70 a 110 ºC  y utilizan hidrógeno (H2) o metanol como combustible.
  2. De metanol directo: son similares a las de membrana de intercambio de protones. Utiliza metanol como combustible.
  3. Alcalinas: en ésta el electrolito es una solución acuosa de hidróxido de potasio.  Temperatura de operación de 100 a 200 ºC con hidrógeno (H2) como combustible.
  4. De ácido fosfórico: en la cual el electrolito es ácido fosfórico. Operan a una temperatura de 150 a 200 ºC. Utilizan hidrógeno (H2) como combustible
  5. De carbonato fundido: el electrolito es carbonato de potasio (K2CO3), sodio (Na2CO3) o litio y transporta iones de carbonato (CO3¯²). Usa como combustibles como hidrocarburos u óxidos de carbono. Operan a altas temperaturas, entre 500 y 700 ºC lo que le permite utilizar metales no preciosos como catalizador.
  6. De electrolito de óxido cerámico: el electrolito es un sólido como ZrO2 o Y2O3 y transporta iones de oxígeno (O¯²). Utiliza hidrocarburos u óxidos de carbono como combustibles. Su temperatura de operación está entre 700 y 1000 ºC.

La mayor limitante para la comercialización de esta tecnología es el alto costo de producción, en parte debido al uso del costoso catalizador de platino. No obstante los obstáculos, esta tecnología promete mucho para los años por venir. Personalmente espero que veamos más avances en aplicaciones tanto estacionarias como portátiles con reducción de costos de producción y operación además de un incremento paulatino en el rendimiento global.

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  1. #1 por leon figueroa el noviembre 15, 2012 - 7:46 pm

    como se pude sacar el hidrogeno del agua para enviarlo a la camara de combustion en un motor de combustion interna y utilizarlo como combustible

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