Articulo Celdas de combustible

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Scientia et Technica Año XIII, No 37, Diciembre de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701

CELDAS DE COMBUSTIBLE TIPO MEMBRANA DE INTERCAMBIO PROTÓNICO
Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC)
RESUMEN
Las celdas de combustible son dispositivos que generan energía eléctrica y calor
a partir de la reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno y cuyo
subproducto es agua(2H2 + O2 → 2H2O). Este artículo pretende mostrar el
principio de funcionamiento, el estado del arte, el campo de aplicación y los
costos de las celdas de combustible tipo membrana de intercambio protónico.
PALABRAS CLAVES: Celdas de combustible, membrana de intercambio
protónico, hidrógeno.

SANDRA M. ROZO Q.
Ingeniera Mecánico
Profesor Auxiliar
sandrarozoq@utp.edu.co
JUAN E. TIBAQUIRÁ G.Ingeniero Mecánico. M.Sc.
Profesor Asociado
Universidad Tecnológica de Pereira
juantiba@utp.edu.co

ABSTRACT
Fuel cells are devices that convert hydrogen and oxygen into electricity, heat
and water (2H2 + O2 → 2H2O). This article pretends to explain the
fundamentals, the state of art, application and costs of the PEM fuel cells.
KEYWORDS: Fuel cells, proton exchange membrane, hydrogen.

1. INTRODUCCIÓNLas celdas de combustible fueron descubiertas por
William Grove en 1839 y su verdadero desarrolló se dio
gracias a la carrera espacial. En principio las celdas de
combustible son dispositivos que producen electricidad y
calor combinando oxígeno con un combustible, el cual
puede ser hidrógeno, sin involucrar un proceso de
combustión a alta temperatura. Las celdas de combustible
prometen ser latecnología para el uso en el transporte y
las aplicaciones portátiles libre de emisiones de carbono
[1].
Una celda de combustible puede definirse como un
dispositivo electroquímico que convierte la energía
química de la reacción entre el hidrógeno (H2) y el
oxígeno (O2) en electricidad y calor. El subproducto de
dicha reacción es agua (H2O). Ver figura 1.

Figura 1. Entradas y salidas de una celda decombustible
[¡Error!Marcador no definido.].

Una celda de combustible está compuesta por dos
electrodos, un ánodo y un cátodo, separados por un
electrolito que facilita la transferencia iónica. Entre los
electrodos se genera una corriente eléctrica que, a
diferencia de lo que ocurre en una pila o batería
Fecha de recepción: 07 Septiembre de 2007
Fecha de aceptación: 02 Diciembre de 2007convencional, no se agota con el tiempo de
funcionamiento, sino que se prolonga mientras continúe
el suministro de los reactivos. En la figura 2 puede
apreciarse el principio de funcionamiento de una celda de
combustible.
Las reacciones químicas que tienen lugar en una celda de
combustible son las siguientes:

+
+
Reacción anódica : H 2 ! 2H + 2e
Reacción catódica :

(1)

1

"
+
O 2 + 2e + 2H ! H 2O
2Reacción global : H 2 +

1
O ! H 2O
2 2

(2)
(3)

Una arreglo simple de celda puede producir tan solo una
diferencia de potencial entre 0.5 y 1 voltio, en
consecuencia, para aplicaciones prácticas se deben
realizar combinaciones en serie y en paralelo de tal forma
que se aumente el voltaje y la corriente, flexibilidad que
se puede hacer gracias a la capacidad que tienen las
celdas de dejarseempaquetar en pilas.
Dejando de lado los aspectos de manufactura y costo de
materiales, los dos problemas técnicos fundamentales que
enfrentan las celdas de combustible son [1]:
•

Lenta velocidad de reacción, lo que conlleva a tener
corrientes y potencias pequeñas.

•

El hidrógeno no es un combustible disponible
fácilmente.

Scientia et Technica Año XIII, No 37, Diciembre de 2007. UniversidadTecnológica de Pereira.

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Figura 3. Cantidad de unidades de celdas de combustible
acumuladas desde 1990 hasta 2006 [¡Error!Marcador no
definido.].

En la figura 3 se muestra la distribución de las celdas de
combustible instaladas según el tipo. Como se nota las
celdas de combustible tipo membrana intercambio
protónico y metanol directo son las de mayor aplicación.
Figura 2. Principio de operación de...