Celdas de combustible

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FUNCIONAMIENTO DE LAS CELDAS DE COMBUSTIBLE

1.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Las celdas de combustible se basan en los mismos principios electroquímicos que las baterías convencionales. Su característica distintiva es que las sustancias que reaccionan se alimentan en forma continua al sistema, de manera que estas celdas, a diferencia de las convencionales, no se descargan cuando losproductos químicos del interior se agotan. Genera electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquímicamente sin ninguna combustión (no hay llama). El tipo más sencillo de celda de combustible emplea hidrógeno y oxígeno como combustible el único subproducto que se genera es agua 100% pura. En las celdas se han empleado diversas soluciones de electrólitos como ácido sulfúrico, ácido fosfórico ysoluciones de hidróxido de potasio. (LAIDLER,1997) Una celda de combustible consiste en dos electrodos separados por un electrolito. Sobre un electrodo pasa oxígeno e hidrógeno sobre el otro. En el electrodo el hidrógeno es ionizado y pierde un electrón y al ocurrir esto ambos (hidrógeno H+ y electrón e-) toman diferentes caminos hacia el segundo electrodo. El hidrógeno migra hacia el otroelectrodo a través del electrolito mientras que el electrón lo hace a través de un material conductor. Este proceso producirá agua, corriente eléctrica y calor útil. Para generar cantidades utilizables de potencia las celdas de combustibles son agrupadas en varias capas. Las celdas de combustible son una familia de tecnologías que usan diferentes electrólitos y que operan a diferentes temperaturas. Cadamiembro de esa familia tiende a ser más apropiada para ciertas aplicaciones. Por ejemplo, las celdas de combustible de membrana electrolítica polimérica o bien membrana de intercambio protónico (PEM) han demostrado ser apropiadas para su aplicación en

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autos, mientras que las celdas de combustible de carbonatos fundidos parecen ser más apropiadas para uso con turbinas a gas. (EG>echnical Services ,2000)
Figura 1. Esquema de funcionamiento celda de combustible PEM

Fuel cells 2000

1.2 TIPOS DE CELDAS DE COMBUSTIBLE 1.2.1 Ácido fosfórico (PAFCs). Este es el tipo de celda de combustible más desarrollado a nivel comercial y ya se encuentra en uso en aplicaciones tan diversas como clínicas y hospitales, hoteles, edificios de oficinas, escuelas, plantas eléctricas y terminalesaeroportuarias. Las Celdas de Combustible de ácido fosfórico generan electricidad a más del 40% de eficiencia y cerca del 85% si el vapor que ésta produce es empleado en cogeneración comparado con el 30% de la más eficiente máquina de combustión interna. Las temperaturas de operación se encuentran en el rango de los 205ºC. Este tipo de celdas pueden ser usadas en vehículos grandes tales comoautobuses y locomotoras.

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1.2.2 Polímero Sólido ó Membrana de Intercambio Protónico (PEM). Estas celdas operan a relativamente bajas temperaturas (unos 90ºC), tienen una densidad de potencia alta, pueden variar su salida rápidamente para satisfacer cambios en la demanda de potencia y son adecuadas para aplicaciones donde se requiere una demanda inicial rápida, tal como en el caso deautomóviles. De acuerdo con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, "son los principales candidatos para vehículos ligeros, edificios, y potencialmente para otras aplicaciones mucho más pequeñas como reemplazar baterías recargables en vídeo cámaras". 1.2.3 Carbonato Fundido (MCFCs). Las Celdas de Combustible de Carbonato Fundido prometen altas eficiencias combustible-electricidad y la habilidadpara consumir combustibles base carbón. Esta celda opera a temperaturas del orden de los 650ºC. La primera celda de carbonato fundido a gran escala ha sido ya probada y algunas unidades para demostración están siendo terminadas para su prueba en California. 1.2.4 Óxido Sólido (SOFCs). Otra Celda de Combustible altamente prometedora, la Celda de Combustible de Óxido Sólido, podría ser usada en...