CELDAS DE
COMBUSTIBLE
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Celdas de Combustible: Tecnología y Aplicaciones, Diapositivas de Energía y Medio Ambiente
se describe la aplicación de celdas de combustible
Tipo: Diapositivas
2018/2019
1 / 16
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CELDAS DE
COMBUSTIBLE
HISTORIA
Christian
Friedrich
Schönbein
descubre el
principio de la
celda de
combustible.
Sir William Grove
demostró un
aparato para
remplazar las
baterías,
inventando la
batería de gas,
hoy conocida
como celda de
Francis Thomas
Bacon
desarrolla de
manera exitosa
una celda de
5kW (AFC) que
alimentaba una
máquina para
soldar.
La NASA
empieza el uso
de celdas para
generar energía
eléctrica en sus
naves
espaciales y
proveer agua a
los astronautas.
- Electrodos: separan el
combustible y el oxidante del
electrolito y es de un material
poroso
- (^) ánodo: suministra
electrones
- cátodo : recibe
electrones
- (^) Electrolito: puede ser solido,
liquido u acuoso, acido
( transporta iones +) o alcalino
(transporta iones -), clasifica a
las celdas y determina el flujo
de iones y la temperatura de
operación.
- (^) Catalizador: acelera o retarda
una reacción química
B. Funcionamiento de la celda de
combustible
La celda de combustible consisten en dos placas metalizas cargadas de forma opuesta, un cátodo y un ánodo, entre ambas se coloca un electrolito. El hidrógeno es dirigido a través de un catalizador y reacciona rompiendo el atomo en protones y electrones. El protón se dirige al ánodo y los electrones se dirigen hacia el circuito para generar energía. Los protones y los electrones luego se encuentran para combinarse con el oxigeno (paso por el cátodo) formando agua. El calor y el agua son los subproductos generados.
D. Rendimiento de la celda de
combustible
Una celda de combustible convierte normalmente la energía química de combustible en electricidad con un rendimiento aproximadamente del 50%. El rendimiento depende en gran medida de la corriente que circula a través de la celda de combustible; cuanto mayor es la corriente, menor es el
E. Aplicaciones de la celda de
combustible
- (^) Las pilas de combustible son muy útiles como fuentes de energía en lugares remotos, como por ejemplo naves espaciales, estaciones meteorológicas alejadas, parques grandes, localizaciones rurales, y en ciertos usos militares Energía
- (^) (uso combinado de calor y electricidad) para viviendas, edificios de oficinas y fábricas. Este tipo de sistema genera energía eléctrica de manera constante (vendiendo el exceso de energía a la red cuando no se consume), y al mismo tiempo produce aire y agua caliente gracias al calor que desprende. Los sistemas de cogeneración pueden alcanzar un rendimiento del 85% (40-60 % eléctrico y el resto térmico) Cogeneració n
TIPO APLICACIONES
Celdas de combustible de ácido fosfórico PAFC Electricidad Cogeneración (más usadas) Transporte (vehículos grandes: autobuses) Celda de combustible de membrana de intercambio protónico PEMFC Transporte (vehículos ligeros) Equipos Portátiles (video cámaras) Generación de Electricidad (plantas pequeñas) Celda de combustible de carbonato fundido MCFC Electricidad Cogeneración Celda de combustible de óxido solido SOFC Electricidad Cogeneración Vehículos de transporte (trenes) Celda de combustible alcalina (AFC) Militares Espaciales Celda de combustible de metanol directo DMFC Transporte Equipos Portátiles (tamaño pequeño) Electricidad
F. Ventajas y desventajas de la célula
de combustible
DESVENTAJ AS
- (^) Tecnología emergente: Determinados problemas aún no resueltos afectan al funcionamiento de las pilas de combustible, especialmente en lo que respecta a su vida útil, lo que repercute en su comercialización, y un alto peso en prototipos actuales.
- (^) Precio de mercado: Al tratarse de una tecnología en desarrollo y contar todavía con una baja demanda de unidades, su precio no puede, hoy en día, competir con el de las tecnologías convencionales. Es de esperar que, conforme la demanda se incremente, los precios se vayan equiparando. Se estima que un coche con pila de combustible cuesta un 30 % más que uno de gasolina o diesel con prestaciones similares.
- Almacenaje y transporte: El equipamiento de las industrias actuales no es compatible con el H, así que se deberían cambiar cañerías, válvulas, bombas, tambores de almacenaje, etc. Además, el H es el elemento más pequeño, lo que facilitaría sus filtraciones. En cierta forma, al realizar el cambio, se deberá "comenzar desde cero", cambiar toda la infraestructura de las refinerías, vehículos, kilómetros de cañerías, etc. Literalmente, hacer borrón y cuenta nueva.
- Producción del combustible: La producción del hidrógeno resulta muy costosa, ya que no existe como fuente primaria de energía, sino que hay que procesarlo y separarlo para tenerlo en estado puro
- (^) Costo: Uno de los principales inconvenientes es el costo de implementación de uno de estos sistemas, para lo que es necesario definir que al ser una tecnología que está todavía en desarrollo, el costo por kW oscila entre los US$4,500. Por el contrario, un generador diesel ofrece un costo que circula entre los US$800 hasta los US$1,500 kW, el que ya es considerado uno de los tipos de generación más costosos del mercado. En síntesis, el costo de inversión en la actualidad ofrece una barrera de entrada considerable. No obstante, es una tecnología más económica que la implementación de baterías para similares desempeños.