Celda de combustible

Una celda de combustible o pila electroquímica es una celda electroquímica que convierte la energía química de un combustible (a menudo hidrógeno) y un agente oxidante (a menudo oxígeno) en electricidad a través de un par de reacciones redox. Las celdas de combustible se diferencian de la mayoría de las baterías en que requieren una fuente continua de combustible y oxígeno (generalmente del aire) para sostener la reacción química, mientras que en una batería la energía química generalmente proviene de los metales y sus iones u óxidos que comúnmente ya están presentes en el batería, excepto en baterías de flujo. Las celdas de combustible pueden producir electricidad continuamente mientras se les suministre combustible y oxígeno.

Las primeras celdas de combustible fueron inventadas por Sir William Grove en 1838. El primer uso comercial de las celdas de combustible se produjo más de un siglo después de la invención de la celda de combustible de hidrógeno-oxígeno por Francis Thomas Bacon en 1932. La celda de combustible alcalina, también conocida como la celda de combustible Bacon en honor a su inventor, se ha utilizado en los programas espaciales de la NASA desde mediados de la década de 1960 para generar energía para satélites y cápsulas espaciales. Desde entonces, las pilas de combustible se han utilizado en muchas otras aplicaciones. Las celdas de combustible se utilizan para energía primaria y de respaldo para edificios comerciales, industriales y residenciales y en áreas remotas o inaccesibles. También se utilizan para impulsar vehículos de pila de combustible, como carretillas elevadoras, automóviles, autobuses, trenes, barcos, motocicletas y submarinos.

Hay muchos tipos de celdas de combustible, pero todas consisten en un ánodo, un cátodo y un electrolito que permite que los iones, a menudo iones de hidrógeno cargados positivamente (protones), se muevan entre los dos lados de la celda de combustible. En el ánodo, un catalizador hace que el combustible experimente reacciones de oxidación que generan iones (a menudo iones de hidrógeno con carga positiva) y electrones. Los iones se mueven del ánodo al cátodo a través del electrolito. Al mismo tiempo, los electrones fluyen del ánodo al cátodo a través de un circuito externo, produciendo electricidad de corriente continua. En el cátodo, otro catalizador hace que iones, electrones y oxígeno reaccionen, formando agua y posiblemente otros productos. Las pilas de combustible se clasifican por el tipo de electrolito que utilizan y por la diferencia en el tiempo de arranque que va desde 1 segundo para las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (pilas de combustible PEM, o PEMFC) a 10 minutos para celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). Una tecnología relacionada son las baterías de flujo, en las que el combustible se puede regenerar mediante recarga. Las celdas de combustible individuales producen potenciales eléctricos relativamente pequeños, alrededor de 0,7 voltios, por lo que las celdas se "apilan" o se colocan en serie para crear suficiente voltaje para cumplir con los requisitos de una aplicación.Además de electricidad, las celdas de combustible producen agua, calor y, dependiendo de la fuente de combustible, cantidades muy pequeñas de dióxido de nitrógeno y otras emisiones. La eficiencia energética de una pila de combustible está generalmente entre el 40 y el 60 %; sin embargo, si el calor residual se captura en un esquema de cogeneración, se pueden obtener eficiencias de hasta el 85%.

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