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¿Cómo funcionan las pilas de combustible?

En algunos círculos, las micro celdas de combustible se anuncian como el futuro de la energía limpia, por lo que hoy veremos cómo funcionan las celdas de combustible. Pero comencemos por el principio: ¿qué es una pila de combustible?

¿Qué es una pila de combustible?

Una pila de combustible es un dispositivo que genera electricidad mediante una reacción química. A diferencia de un sistema generador de vapor, la pila de combustible no convierte primero la energía química en energía mecánica. Las pilas de combustible, como las pilas eléctricas (baterías), no tienen partes móviles. Sin embargo, a diferencia de las baterías, utilizan materiales externos (gases) para producir una corriente eléctrica. Además, generan energía eléctrica de forma silenciosa y eficiente, sin contaminación.

Historia de las pilas de combustible

Las primeras pilas de combustible fueron inventadas en 1839 por William Grove, pero no fue hasta la década de 1950, cuando el científico inglés Francis Bacon produjo la pila de pilas de combustible, que su potencial se hizo evidente. Esto se debe a que las celdas de combustible son modulares y una sola celda de combustible produce una cantidad muy pequeña de electricidad, por lo que apilándolas una encima de otra y uniéndolas, podrían producir más electricidad. De hecho, el programa espacial de EE. UU. Se hizo más posible gracias al uso de pilas de combustible para generar energía para sondas, satélites y cápsulas espaciales. Desde entonces, las pilas de combustible se han utilizado en muchas otras aplicaciones, como la alimentación de hospitales, hoteles, edificios de oficinas, así como en automóviles, autobuses y motocicletas. Sin embargo, a pesar de esto, todavía se los considera «innovadores» hoy en día, quizás debido al hecho de que la tecnología sigue siendo muy desconocida.

¿Cómo trabajan?

Hay muchos tipos diferentes de pilas de combustible, pero todas constan de dos electrodos; uno positivo (el ánodo) y otro negativo (el cátodo). Las reacciones que producen electricidad tienen lugar en los electrodos. Las pilas de combustible también tienen un electrolito (una solución que conduce una corriente eléctrica) que transporta partículas cargadas eléctricamente de un electrodo al otro, y un catalizador que acelera las reacciones en los electrodos. El combustible utilizado para impulsar la reacción es hidrógeno, pero también se requiere oxígeno. Si se usa hidrógeno puro, las celdas de combustible solo producen agua, eliminando así todas las emisiones, como el dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero, que de otro modo serían causados ​​por la producción de electricidad. Un inconveniente de las pilas de combustible es que no almacenan energía; sólo producen energía mientras se suministren iones de hidrógeno y oxígeno.

Fuente: Caltech.edu/research

Tipos de pilas de combustible

Hay cinco tipos principales de pilas de combustible para elegir, dependiendo de para qué se necesita la energía. La principal diferencia entre los tipos de pilas de combustible es el electrolito; Las pilas de combustible se clasifican según el tipo de electrolito que utilizan e incluyen:

1. álcali

2. carbonato fundido

3. ácido fosfórico

4. membrana de intercambio de protones (PEM) y

5. óxido sólido

Las celdas de ácido fosfórico son las más comúnmente utilizadas en los sistemas combinados de calor y energía (CHP), pero las celdas de combustible de óxido sólido y carbonato fundido también se pueden usar para la generación combinada de calor y energía. Las desventajas de los sistemas incluyen velocidades lentas de aceleración y disminución, alto costo inicial y corta vida útil. Además, su necesidad de tener un tanque de almacenamiento de agua caliente es una desventaja en el mercado doméstico donde el espacio puede ser escaso. No obstante, una investigación reciente ha demostrado que el mercado de las pilas de combustible está creciendo y se estima que el mercado de las pilas de combustible (que no son vehículos) alcanzará los 50 GW en 2020.

Pila de combustible en hogares del Reino Unido

La buena noticia es que los sistemas de pilas de combustible ya se están utilizando en el Reino Unido. El primer sistema de pila de combustible energéticamente eficiente se instaló en una casa familiar en Surrey. El generador de gas a electricidad BlueGen es suministrado por Ceramic Fuel Cells Limited y es la primera instalación en el Reino Unido de un sistema de certificado de microgeneración (MCS) acreditado con micro energía y celda de combustible de calor en una casa de nueva construcción, que proporciona energía, calefacción y agua caliente. . El micro-CHP proporciona todo el calor necesario para el hogar; no hay una caldera separada u otro dispositivo de calefacción. Por el momento, el microcogenerador BlueGen es el único producto de pila de combustible elegible para la tarifa de alimentación del Reino Unido (FiT) y los fabricantes afirman que la unidad puede ahorrar hasta cuatro toneladas de carbono por año.

Futuro de las pilas de combustible

Las pilas de combustible podrían ayudarnos a reducir nuestra dependencia excesiva de combustibles fósiles menos eficientes y, al mismo tiempo, ayudarnos a reducir en gran medida las emisiones a la atmósfera. Entonces, ¿cuál es el truco …? Bueno, por el momento, para la mayoría de las aplicaciones siguen siendo demasiado caras para competir con los métodos convencionales de producción de electricidad o calor; sin embargo, con el gran interés en las pilas de combustible, su futuro parece prometedor.

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