células de combustible

¿Qué son las células de combustible?

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Una celda de combustible es un motor electroquímico que convierte la energía química de un combustible directamente en electricidad. Casi siempre el combustible es hidrógeno o una mezcla de gas rico en hidrógeno. La reacción de la celda de combustible es: Hidrógeno + Oxígeno (del aire) = Electricidad + Agua + Calor.

Una celda de combustible es un dispositivo que genera electricidad mediante una reacción química. Cada celda de combustible tiene dos electrodos, uno positivo y otro negativo, llamados, respectivamente, ánodo y cátodo. Las reacciones que producen electricidad tienen lugar en los electrodos. 

Células de Combustible con electrolitos

La celda también tiene un electrolito, que transporta partículas cargadas eléctricamente de un electrodo a otro, y un catalizador, que acelera las reacciones en los electrodos. 

El hidrógeno es el combustible básico, pero las celdas de combustible también requieren oxígeno. Un gran atractivo de las celdas de combustible es que generan electricidad con muy poca contaminación, gran parte del hidrógeno y el oxígeno utilizados para generar electricidad se combinan en última instancia para formar un subproducto inofensivo, como el agua.

¿Qué son las células de combustible?

Los electroquímicos de las Células de Combustible

Las celdas de combustible son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química de un combustible directamente en energía eléctrica con alta eficiencia. Sin partes internas móviles, las celdas de combustible funcionan de manera similar a las baterías. Una diferencia importante es que las baterías almacenan energía, mientras que las celdas de combustible pueden producir electricidad continuamente. siempre que se suministre combustible y aire.

Las celdas de combustible combinan electroquímicamente un combustible (típicamente hidrógeno) y un oxidante sin quemarse, prescindiendo así de las ineficiencias y la contaminación de los sistemas tradicionales de conversión de energía. 

Las celdas de combustible renuncian a la ruta tradicional de producción de combustible a electricidad común en la producción de energía moderna, que consiste en de la extracción de calor del combustible, la conversión del calor en energía mecánica y, finalmente, la transformación de la energía mecánica en energía eléctrica. 

Carga electrolítica con las células de combustible

Las células de combustible funcionan en el principio del intercambio de carga electrolítica entre una placa de ánodo con carga positiva y una placa de cátodo con carga negativa. el hidrógeno se utiliza como combustible básico, se produce una ‘hidrólisis inversa’, que solo produce agua y calor como subproductos al convertir la energía química en electricidad.

Una celda de combustible es un dispositivo electroquímico que produce electricidad sin combustión. El combustible de hidrógeno (que se puede obtener del agua o de fuentes de hidrocarburos como el gas natural, el metanol o los productos derivados del petróleo) se combina con el oxígeno (del aire) para producir energía eléctrica.

Composición de una célula de combustible

Una celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) está compuesta por una membrana de plástico cubierta con un catalizador en ambos lados y emparedada entre dos placas de electrodos. 

Carga electrolítica con las células de combustible

El hidrógeno (de un tanque de combustible) y el oxígeno (del aire) se alimentan a través de canales en las placas en los lados opuestos de la membrana. Los átomos de hidrógeno y oxígeno se atraen entre sí, pero solo la parte protónica del átomo de hidrógeno puede pasar a través de la membrana para alcanzar el oxígeno. 

El electrón tiene que recorrer el largo camino alrededor de la membrana para alcanzar el átomo de oxígeno, creando una corriente eléctrica en el proceso. El electrón finalmente se reúne con el protón y un átomo de oxígeno para crear agua (H2O).

Tipos de pilas de combustible

Los vehículos comúnmente usan una celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM, por sus siglas en inglés), a veces llamada celda de combustible de membrana de electrolito polimérico.

Tipos de pilas de combustible

Se pueden usar otros tipos de celdas de combustible para fuentes estacionarias que generan calor y electricidad para edificios. Las celdas de combustible también están siendo diseñadas para su uso en dispositivos portátiles como computadoras portátiles y teléfonos móviles.

Hay diferentes tipos de pilas de combustible, todas funcionan según el mismo principio: el hidrógeno, o un combustible rico en hidrógeno, se alimenta al ánodo, donde un catalizador separa los electrones cargados negativamente del hidrógeno de los iones cargados positivamente (protones). 

En el cátodo, el oxígeno se combina con electrones y, en algunos casos, con especies tales como protones o agua, que producen iones de agua o hidróxido, respectivamente.

Para la membrana de electrolito de polímero y las células de combustible de ácido fosfórico, los protones se mueven a través del electrolito hacia el cátodo para combinarse con oxígeno y electrones, produciendo agua y calor. 

Pilas de combustible alcalinas

Para las pilas de combustible alcalinas, de carbonato fundido y de óxido sólido, los iones negativos viajan a través del electrolito hasta el ánodo, donde se combinan con el hidrógeno para generar agua y electrones. 

Los electrones del lado del ánodo de la célula no pueden pasar a través del electrolito al cátodo cargado positivamente; deben viajar alrededor de él a través de un circuito eléctrico para llegar al otro lado de la celda. Este movimiento de electrones es una corriente eléctrica.

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