De la energía química a la energía eléctrica
Una pila de combustible (en realidad un grupo de pilas) tiene esencialmente los mismos tipos de componentes que una batería. Al igual que en esta última, cada célula de un sistema de pila de combustible tiene un par de electrodos correspondientes. Estos son el ánodo, que suministra electrones, y el cátodo, que absorbe electrones. Ambos electrodos deben estar sumergidos y separados por un electrolito, que puede ser líquido o sólido, pero que en cualquier caso debe conducir iones entre los electrodos para completar la química del sistema. Un combustible, como el hidrógeno, se suministra al ánodo, donde se oxida, produciendo iones de hidrógeno y electrones. Un oxidante, como el oxígeno, se suministra al cátodo, donde los iones de hidrógeno del ánodo absorben los electrones de este último y reaccionan con el oxígeno para producir agua. La diferencia entre los respectivos niveles de energía en los electrodos (fuerza electromotriz) es la tensión por unidad de celda. La cantidad de corriente eléctrica disponible para el circuito externo depende de la actividad química y de la cantidad de sustancias suministradas como combustibles. El proceso de producción de corriente continúa mientras haya un suministro de reactivos, ya que los electrodos y el electrolito de una pila de combustible, a diferencia de los de una batería normal, están diseñados para permanecer inalterados por la reacción química.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Una pila de combustible práctica es necesariamente un sistema complejo. Debe contar con elementos para potenciar la actividad del combustible, bombas y sopladores, contenedores de almacenamiento de combustible y una variedad de sofisticados sensores y controles con los que supervisar y ajustar el funcionamiento del sistema. La capacidad de funcionamiento y la vida útil de cada una de estas características de diseño del sistema pueden limitar el rendimiento de la pila de combustible.
Como en el caso de otros sistemas electroquímicos, el funcionamiento de las pilas de combustible depende de la temperatura. La actividad química de los combustibles y el valor de los promotores de la actividad, o catalizadores, se ven reducidos por las bajas temperaturas (por ejemplo, 0 °C, o 32 °F). En cambio, las temperaturas muy elevadas mejoran los factores de actividad, pero pueden reducir la vida útil de los electrodos, los sopladores, los materiales de construcción y los sensores. Cada tipo de pila de combustible tiene, por tanto, un rango de diseño de temperatura de funcionamiento, y una desviación significativa de este rango es probable que disminuya tanto la capacidad como la vida útil.
Una pila de combustible, al igual que una batería, es inherentemente un dispositivo de alta eficiencia. A diferencia de las máquinas de combustión interna, en las que se quema un combustible y se expande el gas para realizar el trabajo, la pila de combustible convierte la energía química directamente en energía eléctrica. Debido a esta característica fundamental, las pilas de combustible pueden convertir los combustibles en energía útil con una eficiencia de hasta el 60%, mientras que el motor de combustión interna está limitado a eficiencias cercanas al 40% o menos. Esta alta eficiencia significa que se necesita mucho menos combustible y un contenedor de almacenamiento más pequeño para una necesidad de energía fija. Por esta razón, las pilas de combustible son una fuente de energía atractiva para misiones espaciales de duración limitada y para otras situaciones en las que el combustible es muy caro y difícil de suministrar. Además, no emiten gases nocivos, como el dióxido de nitrógeno, y prácticamente no producen ruido durante su funcionamiento, lo que las convierte en candidatas para las estaciones municipales de generación de energía.
Una pila de combustible puede diseñarse para funcionar de forma reversible. En otras palabras, una pila de hidrógeno-oxígeno que produce agua como producto puede hacerse para regenerar hidrógeno y oxígeno. Una pila de combustible regenerativa de este tipo implica no sólo una revisión del diseño de los electrodos, sino también la introducción de medios especiales para separar los gases del producto. Con el tiempo, los módulos de potencia que comprenden este tipo de pila de combustible de alto rendimiento, utilizados junto con grandes conjuntos de colectores térmicos para la calefacción solar u otros sistemas de energía solar, pueden utilizarse para mantener los costes del ciclo energético más bajos en equipos de mayor duración. Las principales empresas automovilísticas y de fabricación de maquinaria eléctrica de todo el mundo han anunciado su intención de producir o utilizar comercialmente pilas de combustible en los próximos años.
0 comentarios