Celdas De Combustible

Celdas de Combustible -Concepto-

Introducción
• Son dispositivos electro químicos que convierten la energía química de reacciones directamente en energía eléctrica pjp• Sir William Grove en 1842 produjo la primera celda de combustible operativa.
1 H 2 + O2 → H 2O 2

Introducción
Esquema General de una Celda de Combustible

Introducción
• Salto gigantesco en 1960, cuando GeneralElectric produjo la primera aplicación practica de la celda de combustible, cuando esta proveyó de energía eléctrica a las cápsulas espaciales Gemini y Apollo.
Celda de Combustible del Gemini

Celda de Combustible del Apolo

Introducción
• Una celda de combustible, posee componentes y características similares a los que una batería típica, y se diferencia en varios respetos. pj• La batería esun dispositivo de almacenaje de energía.
H 2 → 2H + 2e(anodo) () 1+−O 2 + 2H + 2e→ H 2 O (catodo) 2

Introducción
• La energía máxima disponible es determinada por la cantidad de reactante químico almacenado dentro de la batería se misma. • La batería dejará de producir la energía eléctrica cuando los reactantes químicos sean consumidos (esto es, descargados).

• En vez de recargarseusando electricidad, una célula de combustible usa el hidrógeno y el oxígeno.

H 2 → 2H + + 2e− (anodo) 1 2 O 2 + 2H + + 2e− → H 2 O (catodo)

Introducción
• Una célula de combustible consiste en dos electrodos, un ánodo y un cátodo, separado por un electrolito.

Introducción

Estructura de la Pila

Estructura de una Planta

Estructura de una Planta

CO + H 2 O → CO 2 + H 2

1 H 2+ O2 → H 2O 2

Clasificación
• La clasificación de las celdas de combustible según el electrolito:
– – – – – – Celdas de Combustible Alcalinas (AFC). Celdas de Combustible de Metanol Directo (DMFC). Celdas de Combustible de Carbonato Fundido (MCFC). Celdas de Combustible de Ácido Fosfórico (PAFC). Celdas de Combustible de Oxido Sólido (SOFC). Celda de Combustible de Membrana de Intercambiode Protón (PEMFC)(PEMFC).

PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
• Ha ganado mucha atención en los últimos años. • Emplea un polímero sólido como el electrolito, hecho de una membrana de Teflón, material que es un excelente conductor de protones y un aislador de electrones • Su temperatura de operación oscila alrededor de 50 – 100°C. • Emplean catalizadores (principalmente platino) paraaumentar la proporción de reacción

PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
• Larga vida útil, en los últimos años han sido probadas en laboratorios bajo condiciones de largos periodos continuos de funcionamiento
1 H 2 + O2 → H 2O 2 1 2 +− O 2 + 2H +2e → H 2 O
+ + 2e − H 2 → 2H
Estru ctura de una Celda de Combustible PEMFC

SOFC: Solid Oxide Fuel Cells
• Operan en un rango de 500– 1000°C. • Utilizan un electrolito sólido oxido de metal no sólido, poroso los portadores de carga son los iones de oxigeno. • Pueden usar anhídrido carbónico o hidrógeno como combustible directo. • Debido a las altas temperaturas de funcionamiento la reacción se logra sin necesidad de utilizar catalizadores de alto costo.

SOFC: Solid Oxide Fuel Cells
• Otra ventaja que pueden alimentasecon otros tipos de combustibles. • Les permite prescindir de un reformador de combustible, reduciendo sus costos operativos.,p 1 H 2 + O2 → H 2O 2 1 2 − → −2−O + 2e −H +O H O 2 + 2e → O
Estructura de una Celda de Combustible SOFC

AFC: Alkaline Fuel Cells
• Emplea una solución líquida de hidróxido de potasio (KOH) como electrolito. • Su temperatura de operación se encuentra alrededor de 90 –100°C
1 H 2 + O 2 → H 2O 2

1−−

O 2 + H 2 O + 2e → 2(OH ) 2

(OH )− → 2H 2 O + 2e −H2 + 2

AFC: Alkaline Fuel Cells
• Este tipo de celda de combustible está siendo usada desde hace ya bastantes años por la NASA. • Se obtiene con ellas una eficiencia del 70%. • Hasta hace poco tiempo eran demasiado costosas para aplicaciones comerciales, pero muchas compañías están examinando diversas...