Diferencia entre revisiones de «Pila de combustible»
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El fabricante de automóviles japonés [[Honda]], la única firma que ha obtenido la homologación para comercializar su vehículo impulsado por este sistema, el [[Honda FCX Clarity|FCX Clarity]], en Japón y Estados Unidos, ha desarrollado también la Home Energy Station, (HES), un sistema autónomo y doméstico que permite obtener hidrógeno a partir de energía solar para repostar vehículos de pila de combustible y aprovechar el proceso para generar electricidad y agua caliente para el hogar.
== Tecnología ==
[[Archivo:Fuel cell ES.svg|thumb|450px|Esquema de funcionamiento de una pila de combustible.]]
En el ejemplo típico de una célula de [[membrana intercambiadora de protones]] (o [[electrolito]] polimérico) hidrógeno/oxígeno de una celda de combustible (PEMFC, en inglés: ''proton exchange membrane fuel cell''), una membrana polimérica conductora de protones (el electrolito), separa el lado del ánodo del lado del cátodo.
En el lado del ánodo, el hidrógeno que llega al ánodo catalizador se disocia en [[protones]] y [[electrones]]. Los protones son conducidos a través de la membrana al cátodo, pero los electrones están forzados a viajar por un [[circuito]] externo (produciendo [[energía]]) ya que la membrana está aislada eléctricamente. En el catalizador del cátodo, las moléculas del oxígeno reaccionan con los electrones (conducidos a través del circuito externo) y protones para formar el agua. En este ejemplo, el único residuo es [[vapor de agua]] o agua líquida. Es importante mencionar que para que los protones puedan atravesar la membrana, esta debe estar convenientemente humidificada dado que la conductividad protónica de las membranas poliméricas utilizadas en este tipo de pilas depende de la humedad de la membrana. Por lo tanto, es habitual humidificar los gases previamente al ingreso a la pila.
Además de hidrógeno puro, también se tiene el hidrógeno contenido en otras moléculas de combustibles incluyendo el diésel, metanol (véase [[DMFC]]) y los hidruros químicos, el residuo producido por este tipo de combustibles además de agua es [[dióxido de carbono]], entre otros.
=== Tensión ===
La tensión de celda depende de la corriente de carga. La tensión en circuito abierto es de aproximadamente 1,2 [[voltio]]s; para crear suficiente tensión, las celdas se agrupan combinándolas en serie y en paralelo, en lo que en inglés se denomina "''Fuel Cell Stack''" (pila de células de combustible). El número de celdas usadas es generalmente superior a 45 y varía según el diseño.
=== Materiales ===
Los materiales usados en celdas de combustible varían según el tipo. Véase [[celda de combustible#Tipos de celdas de combustible|Tipos de celda de combustible]].
Las placas del electrodo/bipolar se hacen generalmente de nanotubos de metal, de níquel o de carbón, y están cubiertas por un catalizador (como el [[platino]] o el [[paladio]]) para conseguir una eficacia más alta. El electrolito puede ser de cerámica o bien una membrana.
=== Consideraciones de diseño en las celdas de combustible ===
* '''Costos.''' En 2002, las celdas típicas tenían un coste debido al catalizador de 850 [[euro|€]] (aprox. 1000 [[USD]]) por [[kilovatio]] energía eléctrica útil; sin embargo, se espera que antes de 2007, sea reducida a unos 25 € (aprox. 30 USD) por kilovatio [http://www.fuelcellcontrol.com/evs19.html]. Ballard ha conseguido, gracias a un catalizador mejorado con seda de carbono (''carbon silk''), una reducción del 30% (1 mg/cm² a 0,7 mg/cm²) de la cantidad de platino sin una reducción en rendimiento (información de 2005)[http://www.fuelcellsworks.com/Supppage2336.html].
::Los costes MEA (del inglés ''Membrane Electrode Assembly'', o montaje del electrodo de la membrana) del PEM (membrana intercambiadora de protones) varían según el fabricante. Así, la membrana de Nafion<sup>®</sup> de aprox. 400 €/[[m²]] utilizada en la membrana PEM de Toyota y 3M está siendo substituida por la membrana de la ITM Power, con un precio alrededor de 4 €/m² (2004). Esta membrana nueva es un hidrocarburo-polímero. Una compañía holandesa que ha realizado grandes inversiones en este terreno está utilizando Solupor<sup>®</sup> (un film de polietileno poroso)[http://www.ecn.nl/bct/solupor.en.html].
* '''Gestión del agua en las PEMFC'''. En este tipo de celdas de combustible, la membrana debe hidratarse, requiriendo evaporar el agua exactamente en la misma medida en que ésta es producida. Si el agua se evapora demasiado rápido, la membrana se seca, la resistencia a través de ella aumenta, y se agrietará, creando un "corto circuito" de gas donde el hidrógeno y el oxígeno se combinan directamente, generando calor que dañará la celda de combustible. Si el agua se evapora demasiado lentamente, los electrodos se inundarán, evitando que los reactivos puedan alcanzar el catalizador y se parará la reacción. Uno de los objetivos más importantes en la investigación sobre células de combustible es la adecuada gestión del agua.
* '''Gestión de la temperatura'''. Se debe mantener la misma temperatura en toda la celda para evitar la destrucción de la celda por [[fatiga térmica]].
* '''Control de flujo'''. Al igual que en un [[motor de combustión]], hay que mantener una relación constante entre el reactivo y el oxígeno para que la celda funcione eficientemente.
* '''Durabilidad, vida, y requisitos especiales''' para ciertos tipos de celdas. Los usos estacionarios requieren normalmente más de 40.000 horas operativas fiables a una temperatura de -35 °C a 40 °C, mientras que las células de combustible para automoción requieren al menos de 5.000 horas (el equivalente a unos 200.000 kilómetros) bajo temperaturas extremas. (Véase: [[Vehículo de hidrógeno]]). Las aplicaciones para automoción deben además permitir el arranque en frío hasta -30 °C y poseer una alta potencia por unidad de volumen (típicamente 2.5 kW por litro).
* Tolerancia limitada al CO ([[monóxido de carbono]])
== Tipos de celdas de combustible ==
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