¿Qué es una pila de combustible?
Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico de conversión energética, que transforma la energía química en eléctrica. Funciona a partir del flujo continuo de una parte combustible (normalmente, hidrógeno) y un oxidante (generalmente, oxígeno), que sufren una reacción química y, como resultado, suministra corriente eléctrica a un circuito externo.
A diferencia de una batería convencional, la pila de combustible no se agota ni necesita ser recargada. Los reactivos que la ponen en funcionamiento se encuentran almacenados fuera de ella, de manera que la pila podrá funcionar siempre que exista un flujo de reactivos.
Una pila de combustible, además de hidrógeno y oxígeno, puede procesar más combustibles (toda sustancia que se pueda oxidar en una reacción química y que se pueda suministrar de manera continua) y oxidantes (cualquier fluido que se pueda reducir en la reacción química).
Este dispositivo electroquímico tiene alta eficiencia y poco impacto en el medioambiente. Como la energía se obtiene de un proceso que no implica cambios térmicos, los dispositivos alcanzan mayor eficiencia, por lo que la pila de combustible se presenta como una alternativa limpia y libre de emisiones respecto a los procesos de combustión convencionales.
¿Cuáles son las partes de una pila de combustible?
Una pila de combustible está compuesta por:
- Electrodo negativo o ánodo.
- Electrodo positivo o cátodo.
- Electrolito intercalado entre cada electrodo, de un material que facilita el paso de iones (átomos cargados positiva o negativamente), pero no de electrones (que son conducidos para generar la electricidad).
De acuerdo con sus elementos, el funcionamiento de una pila de combustible consiste en la oxidación de un combustible sobre el ánodo, con lo que se generan electrones que circulan por un circuito externo. En el cátodo, en cambio, ocurre de manera independiente al ánodo una reacción de reducción, de manera que el oxidante reconoce los electrones provenientes del circuito externo.
Para que el sistema mantenga un funcionamiento continuo, debe ocurrir un tránsito de iones entre electrodos negativos y positivos, y esto es posible gracias al electrolito intercalado que, además, impide el flujo de electrones en su interior permitiendo, en consecuencia, la carga del circuito.
¿Qué tipos de pilas combustibles existen?
Los principales tipos son:
- Pila de combustible alcalina (AFC): es del tipo más antiguo y la más económica de fabricar. Contiene electrodos saturados con una solución alcalina y separados por un electrolito de hidróxido. Este tipo de pila fue utilizado por la NASA para generar electricidad y agua para la tripulación de la misión Apollo.
- Pila de combustible de óxido sólido (SOFC): contiene una capa de electrolito de cerámica sólida que se calienta a temperaturas por encima de los mil grados centígrados para conducir iones de oxígeno. Se usa para generar energía en ámbitos residenciales y comerciales. La alta temperatura que necesita alcanzar para su funcionamiento puede suponer un problema a la hora de combinarse con ciertos materiales del circuito externo.
- Pila de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC): utiliza una membrana electrolítica especial para conducir protones entre el ánodo y el cátodo. Aunque pesa menos que los otros tipos, tiene mayor densidad de potencia, por lo que es ideal para usarse en el ámbito del transporte.
- Pila de combustible de carbonato fundido (MCFC): al igual que las de óxido sólido, este tipo de pila funciona a altas temperaturas, aunque el origen del electrolito es diferente.
- Pila de combustible de ácido fosfórico (PAFC): el ácido fosfórico es la base del electrolito y se utiliza para la generación de energía estacionaria, es decir, aquella que se encuentra en un rango de potencia entre 100 y 400 kW.
¿En qué se utiliza una pila de combustible?
- Como generador de potencia en casos de emergencia cuando falla el suministro principal de energía en empresas, hospitales, zonas residenciales, etc. En estos casos, se utiliza el hidrógeno como sistema de almacenamiento para generar electricidad y calor.
- En el ámbito de medios de transporte, en el que se plantea el uso de hidrógeno a través de pilas de combustible para vehículos, presentándose como una alternativa a futuro de los coches eléctricos.
