{"id":130881,"date":"2010-05-26T19:22:25","date_gmt":"2010-05-26T18:22:25","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=130881"},"modified":"2010-05-26T22:25:49","modified_gmt":"2010-05-26T21:25:49","slug":"pilas-de-combustible-de-membrana-de-intercambio-anionico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2010\/05\/26\/130881","title":{"rendered":"Pilas de combustible de membrana de intercambio ani\u00f3nico"},"content":{"rendered":"

Una de las definiciones m\u00e1s aceptadas de Desarrollo Sostenible<\/em> es la de la Comisi\u00f3n Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo (Comisi\u00f3n Brundtland<\/em>), que en 1987 lo defini\u00f3 como el desarrollo que asegura las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para enfrentarse a sus propias necesidades<\/em>. Con el fin de alcanzar un desarrollo sostenible ser\u00e1 necesario, entre otras cosas, reducir la dependencia actual de los combustibles f\u00f3siles, por varios motivos: por un lado, la escasez de estos debido a que son fuentes de energ\u00eda no renovables, y por otro, la distribuci\u00f3n heterog\u00e9nea de las Reservas Probadas. Estos motivos entre otros hace necesaria la b\u00fasqueda de fuentes alternativas de energ\u00eda.<\/p>\n

Autores: [P. Hern\u00e1ndez-Fern\u00e1ndez, P. Oc\u00f3n-Universidad Aut\u00f3noma de Madrid]<\/strong><\/p>\n

Otro problema que se deriva del uso de combustibles f\u00f3siles son las emisiones incontroladas y crecientes de gases de efecto invernadero, especialmente CO2<\/sub>, las cuales tienen un gran impacto ambiental. Con el fin de controlar dicho efecto se formul\u00f3 en 1997 el Protocolo de Kioto, el cual pretende reducir globalmente las emisiones de efecto invernadero en un 5.2% respecto a las de 1990 (a\u00f1o de referencia) para el periodo 2008-2012. En este sentido, la Uni\u00f3n Europea deber\u00e1 reducir sus emisiones globales un 8% respecto a las de 1990, y Espa\u00f1a podr\u00e1 aumentarlas como m\u00e1ximo un 15%. En el a\u00f1o 2002 Espa\u00f1a super\u00f3 esos requerimientos en m\u00e1s de un 20%, y en el a\u00f1o 2009 se emiti\u00f3 un 52% m\u00e1s respecto al a\u00f1o base. En este marco, se plantea el objetivo de utilizar fuentes de energ\u00eda alternativas con el fin de disminuir tanto las emisiones contaminantes como la dependencia de los recursos energ\u00e9ticos tradicionales. En este sentido, el uso de hidr\u00f3geno generado de forma limpia y econ\u00f3mica se plantea como una opci\u00f3n atractiva para solventar parte de las necesidades energ\u00e9ticas de la sociedad (Tecnolog\u00eda del Hidr\u00f3geno<\/em>).<\/p>\n

La manera de obtener energ\u00eda de forma eficiente a partir del H2<\/sub> es mediante el uso de dispositivos denominados Pilas de Combustible<\/em>. En particular, las de Membrana Polim\u00e9rica (PEM) son candidatas ideales para aplicaciones tanto el transporte, como en sistemas estacionarios y dispositivos port\u00e1tiles. Precisamente, el sector transporte constituye uno de los campos de actividad econ\u00f3mica de la Uni\u00f3n Europea, representando adem\u00e1s el 28% de las emisiones de CO2<\/sub>, el 35% del consumo energ\u00e9tico y el 70% del consumo de petr\u00f3leo. No obstante, para que este mercado sea econ\u00f3micamente viable, es necesario introducir una serie de mejoras tecnol\u00f3gicas entre las que destacan el aumento de la densidad de potencia mediante el uso de nuevas membranas, y la disminuci\u00f3n de la carga del metal noble (Pt) del electrocatalizador. En la actualidad se propone reducir el contenido en Pt por debajo de 0.3 mg\/cm2<\/sup> para el a\u00f1o 2015. Para esa cantidad de carga la actividad deber\u00e1 ser pr\u00f3xima a 1 W\/cm2<\/sup>, es decir, la carga total m\u00e1xima no debe superar los 0.3 g\/KW.<\/p>\n

Las pilas de combustible tipo PEM emplean como electrolito s\u00f3lido membranas de intercambio prot\u00f3nico (pol\u00edmeros perfluorosulf\u00f3nicos \u00e1cidos) y requieren de catalizadores con un elevado contenido en Pt, especialmente en el c\u00e1todo, ya que la cin\u00e9tica de la reducci\u00f3n de O2<\/sub> es seis \u00f3rdenes de magnitud m\u00e1s lenta comparada con la del H2 <\/sub>en condiciones reales de trabajo. Uno de los principales problemas que presentan las pilas de combustible tipo PEM es la baja tolerancia al CO que presentan los catalizadores que las forman, el CO se quimiadsorbe fuertemente al Pt en las condiciones de operaci\u00f3n de estos dispositivos disminuyendo el rendimiento enormente. Esto supone que el H2<\/sub> que llega a la pila debe tener un contenido en CO muy bajo (< 10 ppm). A pesar de esto y de la gran madurez tecnol\u00f3gica que presentan, por ejemplo, las pilas de combustible alcalinas (AFC), las pilas tipo PEM han alcanzado una gran popularidad debido, entre otros factores, a la flexibilidad en el uso de un electrolito s\u00f3lido y a que no hay p\u00e9rdidas de electrolito. Sin embargo, comparando las pilas tipo PEM con las AFC, las segundas pueden sobrepasar te\u00f3ricamente a las primeras, alcanzando mayores densidades de corriente. Las pilas AFC tienen muchas ventajas respecto a las PEMFC. Entre \u00e9stas pueden destacarse: i) la naturaleza menos corrosiva del medio alcalino comparado con el \u00e1cido de las PEM, lo cual asegura una mayor duraci\u00f3n del dispositivo; ii) la cin\u00e9tica de la reducci\u00f3n de ox\u00edgeno queda favorecida en medio b\u00e1sico, lo cual permite el uso de metales no nobles tipo Ni en la formulaci\u00f3n de catalizadores cat\u00f3dicos, con la consecuente disminuci\u00f3n del coste. El mayor problema que presentan las pilas AFC proviene del electrolito que emplean, KOH generalmente confinado en una matriz de asbestos. Este puede carbonatarse debido a peque\u00f1as cantidades de CO2<\/sub> presentes en la alimentaci\u00f3n provocando una disminuci\u00f3n del contenido en \u2013OH, lo cual empeora la cin\u00e9tica de las reacciones electr\u00f3dicas; un aumento de la viscosidad del electrolito, disminuyendo as\u00ed la velocidad de difusi\u00f3n; la precipitaci\u00f3n de los carbonatos en los electrodos porosos, reduci\u00e9ndose el transporte de masa; una disminuci\u00f3n de la solubilidad del O2<\/sub> y la reducci\u00f3n de la conductividad del electrolito.<\/p>\n

La tendencia actual se basa en el desarrollo de Membranas de Intercambio Ani\u00f3nico<\/em> (AAEM), ya que el uso de pilas de combustible con este tipo de membranas aunar\u00eda las ventajas de trabajar en medio b\u00e1sico (cin\u00e9ticas m\u00e1s r\u00e1pidas, ambiente menos corrosivo) con las derivadas del uso de electrolitos s\u00f3lidos (ausencia de perdidas de electrolito, f\u00e1cil manipulaci\u00f3n). Adem\u00e1s, el problema de la carbonataci\u00f3n se evitar\u00eda, ya que al no haber cati\u00f3n m\u00f3vil como en el caso de las pilas AFC (K+<\/sup>), no se producir\u00eda la precipitaci\u00f3n de dichas especies. Por otro lado, el balance de agua se simplifica, ya que el agua que se produce en el \u00e1nodo se consume en el c\u00e1todo, en contrapartida con las pilas PEMFC de intercambio prot\u00f3nico.<\/p>\n

M\u00e1s informaci\u00f3n<\/strong>. <\/strong><\/p>\n

E. Antolini, E.R. Gonz\u00e1lez. J. Power Sources 195 (2010) 3431.<\/p>\n

J.R. Varcoe, R.C.T. Slade. Fuel Cells 5 (2005) 187.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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