Pilas de combustible

Una célula de combustible es una célula electroquímica que convierte un combustible de origen en una corriente eléctrica. Se genera electricidad dentro de una célula a través de reacciones entre un combustible y un oxidante, provocado en la presencia de un electrolito. El flujo de reactivos en la célula, y los productos de reacción fluyen fuera de él, mientras que el electrolito se mantiene dentro de ella. Las pilas de combustible pueden funcionar de forma continua, siempre y cuando el reactivo necesario y los flujos de oxidante se mantengan.

Las pilas de combustible son diferentes de las celdas electroquímicas convencionales, baterías en que se consume el reactivo de una fuente externa, que debe ser repuesta – un sistema termodinámico abierto. Por el contrario, las baterías almacenan la energía eléctrica químicamente y por lo tanto representan un sistema termodinámicamente cerrado.

Muchas combinaciones de combustibles y oxidantes son posibles. Una célula de combustible de hidrógeno utiliza hidrógeno como combustible y oxígeno (por lo general de aire) como oxidante. Otros combustibles son hidrocarburos y alcoholes. Otros antioxidantes incluyen cloro y dióxido de cloro.

Diseño

Las pilas de combustible vienen en muchas variedades, sin embargo, todos trabajan en la misma manera general. Se componen de tres segmentos que se intercalan entre sí: el ánodo, el electrolito y el cátodo. Dos reacciones químicas que ocurren en las interfaces de los tres segmentos diferentes. El resultado neto de las dos reacciones es que el combustible se consume, el agua o el dióxido de carbono se crea, y una corriente eléctrica se crea, que se puede utilizar para alimentar dispositivos eléctricos, que normalmente se denominan la carga.

En ánodo catalizador oxida el combustible, generalmente hidrógeno, convirtiendo el combustible en un ión cargado positivamente y un electrón con carga negativa. El electrolito es una sustancia diseñada específicamente para que los iones puedan pasar a través de él, pero los electrones no lo logran. Los electrones liberados viajan a través de un cable de la creación de la corriente eléctrica. Los iones viajan a través del electrolito hacia el cátodo. Al llegar al cátodo, los iones se reúnen con los electrones y los dos reaccionan con una sustancia química en tercer lugar, por lo general de oxígeno, para crear el agua o el dióxido de carbono.

Las características de diseño más importante en una celda de combustible son:

• El principio de electrolitos. El principio de electrolitos suele definir el tipo de célula de combustible.
• El combustible que se utiliza. El combustible más común es el hidrógeno.
• El catalizador del ánodo, que descompone el combustible en los electrones e iones. El catalizador del ánodo es generalmente de platino en polvo muy fino.
• El catalizador del cátodo, lo que convierte los iones en los productos químicos de residuos como el agua o el dióxido de carbono. El catalizador del cátodo es a menudo compuesto de níquel .

Una pila de combustible típica produce un voltaje de 0,6 V a 0,7 V con carga máxima. La tensión disminuye a medida que aumenta, debido a varios factores:

• Activación de la pérdida
• pérdida óhmica ( caída de tensión debido a la resistencia de los componentes celulares y las interconexiones)
• Pérdida de masa de transporte (el agotamiento de los reactivos en los lugares de catalizador bajo altas cargas, provocando una pérdida rápida de la tensión).

Para entregar la cantidad deseada de la energía, las pilas de combustible pueden ser combinadas en circuitos en serie y en paralelo, en serie de los rendimientos más altos de tensión, y en paralelo permite una mayor corriente que se suministra. Tal diseño se conoce como pila de combustible. El área de superficie de la célula puede ser aumentada, para permitir la más fuerte corriente de cada célula.