Las pilas de combustible son sistemas
electroquímicos en los que la energía
de una reacción química se convierte
directamente en electricidad. Son dispositivos
que funcionan como una batería,
si bien no se agota ni se recarga mientras
el combustible y el oxidante le sean
suministrados desde fuera de la pila y
no ser parte integrante de la misma.
Su principio de funcionamiento es inverso al de una electrólisis, en la que el agua se separa en sus dos componentes, hidrógeno y oxígeno, mientras que en una pila de combustible se obtendría una corriente eléctrica por medio de la reacción entre estos dos gases. Mediante un proceso de combustión fría, convierte la energía química de un combustible, generalmente hidrógeno procedente del gas natural, y de un oxidante, habitualmente oxígeno del aire, en energía eléctrica de corriente continua desprendiéndose agua.
La corriente continua proporcionada por la pila debe ser transformada en corriente alterna mediante el inversor, que transforma la corriente continua producida por la pila en corriente altena.
La idea original de las pilas de combustible data de 1839, cuando un jurista galés, Sir William Grove (1811 - 1896), diseñó el primer dispositivo. Posteriormente, otros inventores como Becquerel, Mond o Langer fueron haciendo ciertas modificaciones aunque el verdadero desarrollo tecnológico de este dispositivo tuvo lugar, gracias a Francis T. Bacon, en 1952 cuando construyó una planta de 5 kW basada en la tecnología de hidrógeno/oxígeno que se había desarrollado a partir de 1932.
Las pilas de combustible están constituidas por un conjunto de celdas apiladas, cada una de las cuales posee un ánodo o electrodo negativo y un cátodo o electrodo
Su principio de funcionamiento es inverso al de una electrólisis, en la que el agua se separa en sus dos componentes, hidrógeno y oxígeno, mientras que en una pila de combustible se obtendría una corriente eléctrica por medio de la reacción entre estos dos gases. Mediante un proceso de combustión fría, convierte la energía química de un combustible, generalmente hidrógeno procedente del gas natural, y de un oxidante, habitualmente oxígeno del aire, en energía eléctrica de corriente continua desprendiéndose agua.
La corriente continua proporcionada por la pila debe ser transformada en corriente alterna mediante el inversor, que transforma la corriente continua producida por la pila en corriente altena.
La idea original de las pilas de combustible data de 1839, cuando un jurista galés, Sir William Grove (1811 - 1896), diseñó el primer dispositivo. Posteriormente, otros inventores como Becquerel, Mond o Langer fueron haciendo ciertas modificaciones aunque el verdadero desarrollo tecnológico de este dispositivo tuvo lugar, gracias a Francis T. Bacon, en 1952 cuando construyó una planta de 5 kW basada en la tecnología de hidrógeno/oxígeno que se había desarrollado a partir de 1932.
Las pilas de combustible están constituidas por un conjunto de celdas apiladas, cada una de las cuales posee un ánodo o electrodo negativo y un cátodo o electrodo
positivo, separados por un electrolito
que facilita la transferencia iónica entre
los electrodos. Cada una de las sustancias
que participan en la reacción es
alimentada por un electrodo distinto. Así,
el combustible, generalmente rico en
hidrógeno, es alimentado de forma continua
por el ánodo, y el oxidante, normalmente
el oxígeno del aire, al cátodo.
Cada cierto número de celdas unitarias
se insertan en un dispositivo que permite
extraer el calor generado por la reacción
electroquímica, manteniendo de esta
forma la temperatura dentro de los márgenes
óptimos para cada tipo de celda.
El calor extraído a través del circuito interno de refrigeración es recogido mediante una serie de intercambiadores que lo entregan a un circuito externo, produciéndose en el mismo agua caliente o vapor, dependiendo de la temperatura de funcionamiento de la pila. La energía térmica así obtenida puede emplearse como tal, o bien utilizarse en la generación de una cantidad adicional de energía eléctrica, aumentando así el rendimiento del sistema.
Las pilas de combustible pueden clasificarse atendiendo a muy diversos parámetros: temperatura de trabajo, tipo de electrolito, tipo de combustible y de oxidante, etc. El parámetro que predomina es el del electrolito, que a su vez condiciona la temperatura de operación. De acuerdo con este criterio, las pilas de combustible más prometedoras se clasifican en:
El calor extraído a través del circuito interno de refrigeración es recogido mediante una serie de intercambiadores que lo entregan a un circuito externo, produciéndose en el mismo agua caliente o vapor, dependiendo de la temperatura de funcionamiento de la pila. La energía térmica así obtenida puede emplearse como tal, o bien utilizarse en la generación de una cantidad adicional de energía eléctrica, aumentando así el rendimiento del sistema.
Las pilas de combustible pueden clasificarse atendiendo a muy diversos parámetros: temperatura de trabajo, tipo de electrolito, tipo de combustible y de oxidante, etc. El parámetro que predomina es el del electrolito, que a su vez condiciona la temperatura de operación. De acuerdo con este criterio, las pilas de combustible más prometedoras se clasifican en:
Pilas de polímero sólido: necesitan
temperaturas de 80-100oC para
funcionar.
Pilas de ácido fosfórico: para
trabajar, la temperatura debe situarse
entre 160oC y 220oC.
Pilas de carbonato fundido: temperatura
en torno a 650-700oC.
Pilas de óxido sólido: sometidos a
altas temperaturas, de hasta 1000oC.
Ofrecen una serie de ventajas respecto de los sistemas tradicionales de producción de energía:
Ventajas:
Alta eficiencia energética.
Bajo nivel de contaminación medioambiental.
Carácter modular.
Flexibilidad de operación.
Admisión de diversos combustibles.
Bajo impacto estético.
Sencillez de instalación.
Desventajas:
Tecnología emergente.
Producción muy costosa.
Sensibilidad hacia los venenos catalíticos.
Alto coste de almacenamiento y suministro.
Alto peso de pilas de combustible.
Las pilas de combustible no han llegado al punto de madurez para entrar ya en el mercado. Las expectativas son enormes, pero también lo son los retos pendientes. Esta tecnología está mejorando de forma vertiginosa y generando gran expectación entre científicos y empresarios por su bajo impacto medioambiental y la revolución que supondría para la economía global.