La pila de hidrógeno ¿Qué es y cómo funciona?
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¿Qué es la pila de hidrógeno o pila de combustible?
La pila de hidrógeno tiene un papel fundamental en la transición hacia este modelo de energía limpia. En este artículo voy a explicar de manera rápida y sencilla qué es y cómo funciona la pila de hidrógeno, que también puede funcionar con hidrógeno verde.
Pila de combustible o pila de hidrógeno, también conocida como célula de combustible (fuel cell en inglés), es un dispositivo electroquímico que transforma de forma directa la energía química en eléctrica gracias a un flujo continuo de combustible, en nuestro caso hidrógeno (H²), y oxígeno (O²) dando como resultado: agua (H²O), calor y energía eléctrica continua.
Partes principales y cómo funciona la pila de hidrógeno:
- Electrodos:
- Ánodo donde se reduce el H2 en dos protones H+.
- Cátodo, donde reaccionan los protones H+ y O2.
- Electrolito:
- Separa los gases, permite el paso de iones H+ al cátodo y separa los e-.
- Placas bipolares:
- Separan las celdas, “conducen” los gases y evacúan H2O.
En el ánodo, el hidrógeno se separa en protones y electrones. Los protones pasan a través del electrolito hacia el cátodo, mientras que los electrones circulan por un circuito externo, generando electricidad. En el cátodo, el oxígeno reacciona con los protones y los electrones, formando agua y liberando calor.
A diferencia de las tradicionales pilas o baterías, la pila de hidrógeno está diseñada para recibir continuamente los reactivos o combustibles (H² y O²) necesarios para generar la corriente eléctrica. Es por ello que puede generar energía eléctrica mientras disponga de suministro constante de estos dos elementos.
La pila o batería tradicional tienen una capacidad limitada de entrega de energía ya que los elementos reactivos que contienen en su interior son los que caben dentro (sin suministro exterior). Además sus electrodos también reaccionan y se transforman dependiendo de la carga eléctrica que contenga la pila y se acaban deteriorando. En la pila de hidrógeno los electrodos son mucho más estables y aceleran la reacción.
El proceso electroquímico que tiene lugar es de alta eficiencia y mínimo impacto ambiental. En general, la eficiencia energética de una pila de combustible está entre 40-60 %, y puede llegar hasta un 85 o 90 % si se captura el calor residual para su uso. Por otra parte, dado que el proceso no implica la combustión del H² y O², las emisiones contaminantes son nulas.
Tipos de pila de combustible
Las pilas de combustible se clasifican principalmente por el electrolito que utilizan, lo que influye en las reacciones químicas, catalizadores, temperatura de operación y combustible necesario. Estas características determinan las aplicaciones adecuadas para cada tipo de pila.
Existen diversos tipos de pilas de combustible, cada uno con sus ventajas, características y posibles aplicaciones, como se detalla en la tabla siguiente:
¿Para qué puede servir la pila de hidrógeno?
Las pilas de combustible pueden tener múltiples aplicaciones:
- Dispositivos portátiles: como ordenadores, smartphones y electrodomésticos.
- Sistemas estacionarios: para generar electricidad y calor en hospitales, empresas, zonas residenciales y como generadores de energía de emergencia.
- Transporte: En este ámbito es donde pensamos que la pila de hidrógeno puede tener su aplicación más importante y eficaz. Se espera que el hidrógeno verde sea utilizado en pilas de combustible para todo tipo de vehículos eléctricos: como coches, autobuses, barcos, trenes e incluso aviones. Cada vez es más común encontrar prototipos y modelos de prueba que utilizan estas tecnologías. Además ya existen vehículos a la venta como el Toyota Mirai, (primer vehículo eléctrico de celda de combustible en entrar en producción en serie), el Hyundai Nexo y el Honda Clarity.
- Los vehículos espaciales fueron uno de los primeros usos prácticos de las células de combustible, las cuales funcionan mediante la reacción entre el hidrógeno y el oxígeno para producir agua como subproducto. Esta agua resultante es útil para los astronautas, ya sea para su consumo directo o para enfriar los sistemas de la nave.
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El increíble potencial de la pila de hidrógeno en el automóvil.
Web del Centro Nacional del Hidrógeno de España
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