Las pilas de combustible de hidrógeno han sido aclamadas como el «combustible del futuro», debido a su potencial eficiente y respetuoso con el medio ambiente. Pueden ser hasta 3 veces más eficientes que los motores de combustión que normalmente se ven en los automóviles y solo producen agua y calor como productos de desecho.
La encuesta global de ejecutivos automotrices de KPMG encontró que se cree que la industria automotriz está entrando en una ‘fase de reestructuración’, siendo el aumento de los vehículos eléctricos de celda de combustible la tendencia número uno en 2050.
Además de ser eficientes, las celdas de combustible de hidrógeno son muy confiables, seguras y escalables, por lo que pueden combinarse en sistemas más grandes que pueden ser muy útiles.
¡Sorprendentemente, la ciencia detrás de este combustible ‘mágico’ y cómo produce electricidad es muy simple!
Lo básico en las Pilas de combustible
La electricidad se genera a través del flujo de electrones, por lo que, esencialmente, el objetivo de una celda de combustible es producir electrones de alguna manera. Los átomos de hidrógeno constituyen la fuente de combustible para estas células y consisten en protones que llevan una carga positiva y electrones que llevan una carga negativa.
La pila de combustible está formada por un ánodo (con carga positiva), un cátodo (con carga negativa) y una ‘membrana de intercambio de protones‘ entre ellos. La membrana de intercambio de protones es un electrolito que solo permite que ciertos químicos viajen a través de ella.
Cuando se introduce hidrógeno en la celda, el ánodo cargado positivamente reacciona con el hidrógeno para dividirlo en protones y electrones. Luego, los electrones se introducen en un circuito de ánodo a cátodo para generar electricidad. Mientras tanto, los protones viajan a través de la membrana de intercambio de protones hacia el cátodo. Aquí, se alimenta oxígeno para combinar con los protones y electrones del circuito para formar moléculas de agua (H 2 O) que son el producto de desecho.
En algunos modelos de estas células, el proceso es ligeramente diferente y, en cambio, el oxígeno ‘recoge’ electrones en el cátodo, luego viaja a través de la membrana de intercambio de protones hasta el ánodo donde se combina con los protones para formar agua allí.
Hay varias formas de obtener el hidrógeno necesario como fuente de combustible:
- Termólisis – Calentar vapor a 2000 o C, para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno.
- Electrólisis: pasar una corriente a través del agua para dividirla en iones de hidrógeno y oxígeno, luego pasar los iones de hidrógeno a través de un cátodo para formar gas hidrógeno.
- Reforma del gas natural: reacción del vapor con metano para formar monóxido de carbono e hidrógeno. Luego, el monóxido de carbono reacciona nuevamente con el vapor para formar más hidrógeno.
¿Por qué no están ampliamente disponibles las pilas de combustible de hidrógeno?
Si bien se ha desarrollado la tecnología para muchos tipos de pilas de combustible, no hay ninguna que sea lo suficientemente eficiente como para comercializarse ampliamente. Actualmente, todas son demasiado costosas para ser un reemplazo viable de las tecnologías de combustión actuales. Las pilas de combustible que utilizan electrolitos líquidos corren el riesgo de tener fugas, y las que utilizan sólidos corren el riesgo de presentar grietas.
Diferentes tipos de pilas de combustible:
| Tipo | Membrana de intercambio de protones | Catalizador | Propiedades |
| Pila de combustible de óxido sólido | Compuesto cerámico duro de óxidos metálicos | No platino | Opera a temperaturas muy altas (alrededor de 1000 o C) |
| Pila de combustible de metanol directo | Membrana de polímero | Platino | Usa metanol líquido como combustible, hágalo funcionar a bajas temperaturas |
| Pila de combustible alcalina | Solución de hidróxido de potasio en agua. | Platino | Requiere combustible de hidrógeno puro, funciona a aproximadamente 150-200 o C |
| Pila de combustible de ácido fosfórico | Ácido fosfórico y electrolito cerámico | Platino | Puede utilizar varias fuentes de combustible. Operar a aproximadamente 150-220 o C |
| Celda de combustible de membrana de intercambio de protones | Lámina delgada de electrolito polimérico | Platino | Funcionan a bajas temperaturas y necesitan combustibles purificados |
| Pila de combustible de carbonato fundido | Carbonatos de sal | Níquel | Es necesario agregar periódicamente dióxido de carbono. Funciona a unos 650 o C |
