Pilas de combustible

¿Qué son las pilas de combustible?

07/03/2017
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Las pilas de combustible son como baterías, pero que no se agotan ni necesitan recargarse de nuevo y que además de electricidad producen calor y agua mientras que se le suministre el combustible que usan. Los reactivos se encuentran almacenados fuera de la pila, de forma que la pila producirá trabajo siempre que haya un flujo de reactivos.

En sí mismas son reactores electroquímicos donde la energía química se transforma en electricidad sin que medie ningún proceso de combustión. Al no producirse una reacción de combustión, se evita la contaminación propia de los sistemas de obtención de energía eléctrica tradicionales.

Otra ventaja es que las pilas de combustible al igual que las baterías son de carácter modular, permitiendo un amplio intervalo de potencias.

Las partes de las pilas de combustible son básicamente un electrodo negativo o ánodo, otro positivo o cátodo e intercalado entre ambos un electrolito, este último es un material que permite el paso de iones (átomos cargados positiva o negativamente), pero que no deja pasar los electrones los cuales son conducidos para generar la electricidad.

El combustible (hidrógeno, metanol…) alimenta el ánodo y el aire alimenta el cátodo. Activado por un catalizador, el hidrógeno se separa en protones y electrones, que siguen distintos caminos hasta el cátodo. Los electrones atraviesan un circuito externo, lo que crea un flujo de electricidad. Los protones migran a través del electrolito hasta el cátodo, donde se encuentran con el oxígeno produciendo agua y calor.

A continuación se muestra una de las reacciones químicas más simples, que es la que hace funcionar la pila de hidrógeno, donde hidrógeno y oxígeno se combinan para formar agua, creando energía eléctrica y calor.

pilas-reaccion-inesem

Tipos de pilas de combustible

Hay diferentes tipos de pilas de combustible, basado principalmente en el tipo de electrolito que utilizan y también en el combustible, que puede ser diesel o metanol, mientras que el dióxido de aire, el cloro, puede servir como oxidante. Sin embargo, en la actualidad, la mayoría de las pilas de combustible se basan en hidrógeno y oxígeno.

  • funcionamiento pila de combustibleMembrana polimérica (PEM) o de  membrana de intercambio de protones

Las PEM (Polymer Electrolyte Membrane ) usan como electrolito un polímero sólido y electrodos porosos de carbono que contienen platino como catalizador. Necesitan hidrógeno y oxígeno, trabajan a bajas temperaturas y son ligeras, por ello su uso principal se presenta en el sector del transporte. Pueden variar rápidamente su producción para satisfacer la demanda de energía demandada. Este tipo son las más adecuadas para alimentar vehículos. También pueden emplearse en estaciones de producción de energía.

  • Pilas de Metanol Directo (DMFC):

Las DMFC (Direct-Methanol Fuel Cells) son similares a las pilas PEM en cuanto a que usan un polímero de membrana como electrolito, pero en este caso usan metanol sobre el ánodo, lo que elimina la necesidad de que el combustible pase por un reformador. Las pilas de metanol directo son interesantes para alimentar dispositivos electrónicos portátiles, como ordenadores portátiles o cargadores de baterías.

  • Pilas de combustible de carbonato fundido (MCFC):

Las MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells) usan una sal de carbonato fundido inmovilizada en una matriz porosa como electrolito. Se están usando en instalaciones de producción de energía medianas o grandes y tienen una alta eficiencia. Su alta temperatura de funcionamiento (aproximadamente 600ºC) les permite reformar internamente combustibles tales como el gas natural o el biogás.

  • Óxido sólido (SoFC)

Las SOFC usan como electrolito un componente cerámico duro y no poroso. Este tipo de pilas pueden operar a temperaturas  muy altas, hasta unos 1.000ºC, lo que las hace apropiadas para su uso en sistemas estáticos tales como centrales de generación de energía. Estas pilas pueden reformar interiormente gas natural y biogás, y pueden combinarse con motores a gas para producir electricidad con eficiencias del 75%.

La imagen que se muestra epilas_tipos_inesems muy interesante ya que en ella se resumen todas las tipologías de pilas de combustible existentes.

El mayor obstáculo de las pilas de combustible hoy en día es el coste, ya que estas aun no pueden competir económicamente con tecnologías más tradicionales de energía, aunque se están produciendo rápidos avances técnicos. Otro problema es que aunque el hidrógeno es el elemento más abundante del universo, es difícil de almacenar y distribuir.

Categorizado en: Gestión Integrada

No hay comentarios

  1. Ricardo villanueva dice:

    Es muy interesante la información muchas gracias por compartir.
    cuánto hidrógeno consumen por hora y cuánta electricidad genera por hora.
    También quisiera saber si existe a la venta

    • Rogelio Delgado dice:

      En la actualidad existen ya instalaciones para poder abastecer flotas de vehículos, sobre los consumos y generación de energía, te recomiendo puedas hacer una búsqueda en internet de diferentes fabricantes de vehículos que publicaran las características técnicas en cada caso de sus equipos, ya que existe gran variedad de datos según el vehículo y la finalidad ultima según sea para transporte pesado, para recorridos cortos o largos, trabajando en ciudad o carretera, etc.
      Un saludo cordial.

  2. Gilberto Reyes dice:

    Mis congratulaciones al artículo publicado. Es didácticamente excelente,
    Consulta: De las pilas de hidrógeno descritas es posible fabricarla en forma casera. ?
    Me refiero a un costo razonable ?

    • Rogelio Delgado dice:

      Me agrada saber que le gusto la información, referente a pilas de hidrogeno caseras, se trata de productos químicos peligroso y lo ideal es que estas pilas pasen por un proceso de fabricación adecuado y de calidad que nos beneficie a todos contando con esa calidad adecuada, con el tiempo y el desarrollo de esta tecnología los precios irán siendo mas asequibles.
      Un saludo cordial.

  3. Ana dice:

    Tengo una duda, esta que tipo de máquina térmica es? Creo que leí en algún lado que era de combustión interna pero no estoy segura

    • Rogelio Delgado dice:

      Estos equipos cuenta con unos elementos que al reaccionar entre ellos siendo esto el combustible se convierte en agua entre otros componentes inocuos y producen electricidad.
      Un saludo cordial.

  4. Arnau dice:

    información muy interesante para aquellos que les guste este tema

     

  5. oscar hernan tovar bonilla dice:

    Cual es la eficiencia de una  pila PEM y como se calcula en un vehículo de motor eléctrico , que tiene una potencia de media de 6.12 KW y consume 18 KWh /100 km , velocidad media de 34 Km/h , la pila tiene un Max power output de 153 hp (114 kW), 3.1 Kw/L Power Density volumen

    • Rogelio Delgado dice:

      Si bien aportas varios datos interesantes, pero la eficiencia de una pila va a depender de muchos parámetros y la mayoría de ellos del tipo constructivo y materiales, por lo que este tipo de datos deberá ser proporcionado el la ficha de características del equipo ofrecida por el fabricante.
      Un saludo cordial.

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