También conocido como pila de combustible o celda de combustible (fuel cell en inglés) es un dispositivo electroquímico en el que un flujo continuo de combustible y un elemento oxidante forman una reacción química controlada que proporciona corriente eléctrica. En CurioSfera-Ciencia.com, te explicamos las características de las células de combustible y sus aplicaciones.
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Qué es una celda de combustible
Este invento en realidad se inspira en una ideas de Francis Bacon del año 1949 y con número de patente GB667298, pero ha sido en los últimos años cuando los costos han bajado lo suficiente para que esta pueda ser realmente una fuente potencial de energía.
El 21 de septiembre de 1993 la empresa Ballard Power Systems se presentó la patente WO 95/08581 y US 5422411 sobre las células energéticas. Fue el pistoletazo de salida para iniciar investigaciones científicas para lograr una célula energética barata y efectiva.
El concepto de una célula de combustible es la de obtener energía combinando hidrógeno y oxígeno. El equipo de científicos de Ballard, compañía canadiense, estuvo liderado por Jingzhu Wei, Burnaby, Charles Stone, Vancouver y Alfred Steck.
Lo que ocurre en su interior es que un electrodo tiene hidrógeno en un extremo y oxígeno (del aire) en el otro. Unos catalíticos en ambos lados del electrodo ionizan tanto el hidrógeno como el oxígeno. Una membrana permite que el hidrógeno ionizado se reúna con el oxígeno en el otro lado del electrodo para formar agua (H₂0₂), y la energía es un subproducto de la reacción química.
Simplificándolo mucho, son unas baterías eléctricas capaces de ofrecer energía siempre y cuando no le falte hidrógeno. Además son modulables, por lo que se utilizan varias células de combustible para conseguir cantidades importantes de energía.
Aplicaciones y ventajas de la célula de combustible
En vez de usar motores de combustión interna se utiliza la química para proporcionar energía para vehículos o motores estacionarios que podrían, por ejemplo, abastecer a un hogar. De la combinación de hidrógeno y oxígeno el único “desecho” resultante es la emisión de vapor de agua. Que no es nada contaminante.
Los motores de combustión interna son sólo eficaces entre un 15% y un 18%, mientras que las células de combustible lo son de un 40% a un 60%. Las células de combustible además son silenciosas. Estos factores harían que los vehículos con energía de células de combustible fueran un beneficio en ciudades muy pobladas. Si la idea prolifera, tal vez los automóviles de energía eléctrica no podrían competir en el mercado.
Debido a los altos costos, las células de combustible se han utilizado muy poco hasta el momento, aunque la NASA las usó en la nave espacial Géminis en la década de 1960 como fuente de electricidad y agua potable mediante su derivado de agua.
Inconvenientes del la celda de combustible
El hidrógeno se puede extraer de diferentes tipos de combustible dentro de una fábrica o bien obtenerlo como gas desde un almacén de alimentación mediante un “conversor” a bordo de un vehículo. Sin conversores, el hidrógeno se almacena bajo alta presión o a baja temperatura, condiciones que resultan incómodas para los automóviles y que explican las pruebas con los autobuses.
Aunque las células de combustible en sí no son contaminantes, el Instituto Pembina de Canadá señala un gran problema: en primer lugar, el hidrógeno debe salir de alguna parte, y el método para su extracción podría ser una importante fuente de emisiones causantes de efecto invernadero.
Los componentes principales a favor de los combustibles originales son el petróleo “limpio” y el metanol, ambos a la cabeza del efecto invernadero. Menos preferido, pero mucho menos contaminante, es obtener el hidrógeno del gas natural, que es un gas voluminoso para llevar en un vehículo. Mejor todavía sería extraer el hidrógeno de combustibles fosilizados o incluso del agua, mediante el uso de energía renovable.
Futuro de las celdas de combustible
Ballard Power Systems es probablemente el líder en abaratar costos, de manera que se puede convertir en una tecnología extendida. Posee varias patentes que cubren los diferentes aspectos de una membrana de intercambio de iones para ser utilizada en una célula de combustible electroquímica, y esta aplicación de la patente servirá para representar la tecnología.
Tanto la Ford Motor Company como la Daimler Chrysler han invertido cientos de millones de dólares colaborando con Ballard Power Systems. Se han hecho pruebas exitosas con autobuses en Vancouver y Chicago, entre otras muchas ciudades. Los primeros automóviles se fabricaron en el 2004 y se les denominó los automóviles del futuro.
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