¿Cuáles son los diferentes tipos de celdas de combustible?
Las celdas de combustible convierten la energía química en electricidad. Son similares a las baterías en funcionamiento, excepto que los reactivos químicos en una celda de combustible pueden reponerse cuando se agotan. Una pila de combustible se caracteriza típicamente por el tipo de electrolito utilizado, su temperatura de funcionamiento y sus posibles aplicaciones. La mayoría de las investigaciones sobre celdas de combustible se han centrado en aplicaciones de automóviles, aunque también se están investigando para la exploración espacial.
Una característica importante de una pila de combustible es el tipo de electrolito utilizado. Un electrolito en una celda de combustible conecta el combustible y el oxidante eléctricamente mientras los mantiene físicamente separados. Los electrolitos utilizados en la tecnología de celdas de combustible pueden ser líquidos o sólidos, lo que genera diferentes ventajas y desafíos de diseño.
Una forma útil de clasificar las celdas de combustible es por su temperatura de trabajo. Muchos diseños, como la celda de combustible de óxido sólido, requieren altas temperaturas de operación para lograr una alta eficiencia energética. Las reacciones a estas altas temperaturas a menudo pueden convertir más energía química interna en electricidad, en lugar de perder mucha energía a través del calor residual. Las celdas de combustible con temperaturas de operación más bajas, por otro lado, son típicamente más portátiles. Las celdas de combustible de los miembros de intercambio de polímeros (PEMFC) se están estudiando para su prometedora aplicación en el transporte.
Los PEMFC pueden lograr una eficiencia relativamente alta mientras operan a una temperatura inferior a 212 grados Fahrenheit (100 grados Celsius). Una temperatura de operación tan baja permite que la celda de combustible arranque rápidamente. Este tipo de celda de combustible también utiliza una película plástica sólida como electrolito, lo que hace que sellar la celda de combustible sea más simple que para otros tipos de electrolitos. Esta combinación de características ha convertido al PEMFC en un candidato ideal para el reemplazo de motores de combustión de automóviles.
Algunos han especulado que las celdas de combustible eventualmente reemplazarán los sistemas de transporte basados en gasolina por completo. Una economía basada en hidrógeno, en lugar de petróleo, podría disfrutar de varias ventajas clave. Primero, las emisiones de los vehículos se limitarían al vapor de agua, lo que no representa una amenaza ambiental obvia. En segundo lugar, los vehículos propulsados por hidrógeno pueden llegar a ser más potentes por unidad de masa de combustible. Por último, el suministro de hidrógeno podría ser un recurso renovable, a diferencia de los combustibles fósiles, que no son renovables.
Las pilas de combustible alcalinas son del tipo utilizado en la exploración espacial, incluidos los vuelos espaciales de Apolo a la luna. Combinan hidrógeno y oxígeno para generar electricidad, liberando calor y agua en el proceso. Se utiliza una solución alcalina acuosa como electrolito en este tipo de pila de combustible. Las pilas de combustible alcalinas disfrutan de un alto nivel de desarrollo tecnológico y pueden tener una eficiencia eléctrica de hasta el 60%. Sin embargo, el costo de estas celdas de combustible ha impedido su adopción generalizada en aplicaciones terrestres.