Dispositivo electroquímico formado por dos electrodos (Ánodo-Cátodo) separados por un electrolito. En él, un flujo constante de combustible y oxidante sufren una reacción química controlada que da lugar a productos químicos y corriente eléctrica. Permiten el abastecimiento continuo de los reactivos produciendo de igual forma la energía eléctrica.
Este proceso electroquímico tiene una alta eficiencia y un mínimo impacto ambiental.
En principio, las pilas de combustible podrían tener una amplia variedad de reductores y oxidantes para las reacciones químicas. Lo que hay que conseguir es encontrar los reactivos óptimos para tener la mayor eficiencia al menor precio.
Entre las primeras aplicaciones para las pilas de combustible estaban las naves espaciales donde, con una reacción de hidrógeno puro y oxígeno se obtenía agua y energía. Sin embargo, desde esa época, el mercado de las pilas de combustible ha crecido considerablemente hasta el punto de que se espera que para el 2020 se comercialicen las pilas de combustible estacionarias.
Clasificación de Pilas de Combustible
La forma más usual de clasificar las pilas de combustible es por el tipo de electrolito que utilizan:
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Celda de combustible alcalina (AFC)
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Pila de combustible de metanol (DMFC)
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Pila de combustible de carbonato fundido (MCFC)
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Pila de combustible de ácido fosfórico (PAFC)
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Pila de combustible de membrana de intercambio protónico (PEM)
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Pila de Combustible de Óxido Sólido (SOFC)
Los materiales para las pilas de combustible
El desarrollo de nuevos materiales para las pilas de combustible es uno de los campos de más investigación en este momento. Se busca que los materiales utilizados para cada una de las partes de la pila sean los más adecuados al mismo tiempo que el precio de coste de producción sea suficientemente bajo para llegar a un mercado grande.
Lo que buscamos de los materiales:
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La célula de combustible, en su conjunto, debe tener una resistividad menor que los 0.5 ohmios por centímetro cuadrado.
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Reducir los costes de producción de la pila al igual que el coste por cada kW
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Reescalado de las láminas de Nafion a grosores de 10-30 micras y reducir las temperaturas necesarias para su producción
Lo que hemos conseguido:
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La fabricación de estructuras porosas para los electrodos
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Para los sistemas a bajas temperaturas, se ha introducido el politetrafluoretileno que ha conseguido simplificar la fabricación de estructuras porosas resistentes a los líquidos
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Incorporación de estructuras de malla de filamentos metálicos. Se consiguió en los años 60 representando la primera nanoestructura conseguida por la ingeniería.
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La introducción del Nafion en las PFMFC permite el control del contenido de agua durante el funcionamiento de la célula.
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El material del sustrato se tiene que elegir de forma que no reaccione con el electrolito y que se evite, o reduzca la expansión térmica durante el proceso de sintetización a altas temperaturas.
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Procesos de sinterización a temperaturas por debajo de los 1000ºC permitiendo el uso de sustratos metálicos. Eso permite el desarrollo de sistemas SOFC más robustos.