Las pilas de combustible son dispositivos electroqu\u00edmicos capaces de convertir de forma directa la energ\u00eda qu\u00edmica almacenada en un combustible, en electricidad, calor y agua. Esta transformaci\u00f3n utiliza directamente la energ\u00eda libre disponible en el combustible a su temperatura de operaci\u00f3n y no est\u00e1 limitada por el ciclo de Carnot, alcanz\u00e1ndose en la pr\u00e1ctica valores entre el 40% o 60%, consiguiendo as\u00ed un mejor aprovechamiento de los combustibles.<\/p>\n
El uso de pilas de combustible es poco contaminante ya que reduce las emisiones de di\u00f3xido de carbono (debido a la mejora de rendimiento) y adem\u00e1s presenta una reducci\u00f3n dr\u00e1stica de emisiones de otros contaminantes (CO, \u00f3xidos de nitr\u00f3geno, part\u00edculas, etc.). Son modulares y\u00a0 silenciosas, no producen ruido ni vibraciones, y vers\u00e1tiles en cuanto al combustible utilizado.<\/p>\n
Generalmente el combustible utilizado es el hidr\u00f3geno, que puede obtenerse a trav\u00e9s de la electr\u00f3lisis del agua mediante energ\u00edas renovables o partir de biocombustibles, hidrocarburos o alcoholes mediante un proceso de reformado. El comburente u oxidante es siempre el ox\u00edgeno, a veces puro y casi siempre mezclado con nitr\u00f3geno (aire).<\/p>\n
En los procesos convencionales, la energ\u00eda qu\u00edmica del combustible se transforma en primer lugar en energ\u00eda t\u00e9rmica de un fluido, posteriormente en energ\u00eda mec\u00e1nica de un eje (turbina o motor) y finalmente en energ\u00eda el\u00e9ctrica. En las pilas, se pasa directamente de energ\u00eda qu\u00edmica a el\u00e9ctrica sin las conversiones intermedias de energ\u00eda t\u00e9rmica y mec\u00e1nica. Adem\u00e1s, el combustible y oxidante no reaccionan en un proceso r\u00e1pido de combusti\u00f3n sino que reaccionan por etapas en electrodos separados, c\u00e1todo y \u00e1nodo. Un electrolito separa estos dos electrodos y la velocidad de reacci\u00f3n queda limitada por el tiempo que tardan las especies en difundirse entre los electrodos a trav\u00e9s del electrolito y por la cin\u00e9tica de la reacci\u00f3n.<\/p>\n
Aunque una pila de combustible tiene componentes y caracter\u00edsticas similares a los de una bater\u00eda t\u00edpica, se diferencian en algunos aspectos. En una bater\u00eda, la m\u00e1xima energ\u00eda disponible esta determinada por la cantidad de reactante qu\u00edmico almacenado dentro de la propia bater\u00eda, por lo que \u00e9sta dejar\u00e1 de producir energ\u00eda el\u00e9ctrica cuando se consuman los reactantes qu\u00edmicos, es decir, cuando se descargue. Estos reactantes se pueden regenerar cuando la tecnolog\u00eda es recargable, lo cual supone introducir energ\u00eda en la misma, mediante una fuente externa. A diferencia de las bater\u00edas, que son un dispositivo de almacenamiento de energ\u00eda, las pilas de combustible no se agotan ni requieren recarga, sino que producen energ\u00eda en forma de electricidad y calor mientras se les suministre combustible. Por tanto, son dispositivos de conversi\u00f3n de energ\u00eda que te\u00f3ricamente tienen la capacidad de producir energ\u00eda el\u00e9ctrica indefinidamente mientras se les suministre combustible y oxidante a los electrodos. No obstante, en la pr\u00e1ctica, la degradaci\u00f3n, corrosi\u00f3n, o mal funcionamiento de los componentes, limitan la vida pr\u00e1ctica de operaci\u00f3n de las mismas.<\/p>\n
Se esta realizando un importante esfuerzo en I+D en el \u00e1mbito de las pilas de combustible. Siendo la reducci\u00f3n de costes y el incremento de fiabilidad de los equipos los principales objetivos. Actualmente la tecnolog\u00eda de membrana de intercambio prot\u00f3nico (PEMFC), es una de las m\u00e1s desarrolladas dentro del campo de las pilas de combustible. Estas pilas pueden operar a relativamente bajas temperaturas (por debajo de 1000<\/sup> C), tienen una densidad de potencia alta, pueden variar su potencia de salida r\u00e1pidamente para satisfacer cambios en la demanda de carga y son adecuadas para aplicaciones donde se requiere una demanda inicial r\u00e1pida, como en el caso de las aplicaciones de transporte.<\/p>\n El electrolito en esta pila es una membrana de intercambio i\u00f3nico (pol\u00edmero de \u00e1cido sulf\u00f3nico fluorado y otros pol\u00edmeros similares) que es un excelente conductor de protones, en la actualidad fundamentalmente, se utiliza la membrana de Nafion\u00ae (DuPont). El \u00fanico l\u00edquido en esta pila es agua; de este modo, los problemas de corrosi\u00f3n son m\u00ednimos. Los electrodos, \u00e1nodo y c\u00e1todo, son porosos para facilitar la difusi\u00f3n de los gases hacia zonas activas donde se encuentra el catalizador disperso soportado sobre carb\u00f3n, este material catalizador esta basado en el platino y otras aleaciones met\u00e1licas. Aunque el catalizador m\u00e1s usado es el platino ya que se logra una mayor eficiencia, se est\u00e1n realizando esfuerzos a nivel de investigaci\u00f3n y desarrollo para lograr disminuir el contenido de este catalizador con objeto de disminuir los costes globales de esta tecnolog\u00eda. A este respecto, cabe indicar que la carga de Pt ha disminuido desde un contenido de 1mg Pt\/cm2<\/sup>\u00a0 a\u00a0 0.2 mg Pt\/ cm2<\/sup> entre los a\u00f1os 2000 y 2010.<\/p>\n A continuaci\u00f3n, se muestra un gr\u00e1fico en el que se refleja la disminuci\u00f3n del contenido de Pt en esta tecnolog\u00eda en funci\u00f3n de los a\u00f1os.<\/p>\n \u00a0 \u00a0Comparativa anual del contenido total de Pt en stacks de pila de combustible (PEM)<\/em><\/p>\n Fuente: DoE (USA)<\/em><\/p>\n En t\u00e9rminos de componentes, hay tres principales \u00e1reas en las que se concentra la investigaci\u00f3n y el desarrollo, como son: el apilamiento de celdas en el stack, el procesado de combustible y el sistema de acondicionamiento de potencia.<\/span><\/p>\n <\/p>\n En relaci\u00f3n al stack<\/strong>, las pilas de baja temperatura, particularmente la tecnolog\u00eda PEMFC, necesitan reducir costes, disminuir la cantidad de platino como catalizador, y optimizar el stack para la operaci\u00f3n con combustibles reformados, as\u00ed como, desarrollar membranas de alta temperatura, que reduzcan la carga del Pt como catalizador ya que con la temperatura, la cin\u00e9tica de reacci\u00f3n aumenta y se evita la presencia de agua en fase l\u00edquida formada en el c\u00e1todo con la consiguiente reducci\u00f3n de p\u00e9rdidas por transferencia de masa, lo cual permitir\u00e1 la operaci\u00f3n en condiciones m\u00e1s favorables respecto a la eficiencia y tolerancia al mon\u00f3xido de carbono.<\/p>\n Cuando la pila no se alimenta directamente con hidr\u00f3geno puro, el procesado del combustible<\/strong> utilizado, fundamentalmente se realiza a trav\u00e9s de un proceso de reformado del mismo, siendo este un elemento cr\u00edtico en esta tecnolog\u00eda, ya que representa un componente decisivo del coste total del sistema y tiene una influencia muy importante sobre su eficiencia. Los combustibles principales utilizados son el gas natural y el metanol, pero para acceder a otros segmentos de mercado como es el trasporte, se necesita adem\u00e1s la posibilidad de utilizar otros combustibles como la gasolina y el gas\u00f3leo. Se requiere adem\u00e1s desarrollar sistemas de bajo coste, fiables, y que puedan ser f\u00e1cilmente integrados.<\/p>\n Los avances en la electr\u00f3nica del acondicionador de potencia<\/strong>, a su vez, beneficiar\u00e1n a las pilas\u00a0 <\/span>a trav\u00e9s de la disminuci\u00f3n de p\u00e9rdidas y la reducci\u00f3n de costes de los conversores de potencia.<\/p>\n La mayor parte de la investigaci\u00f3n que se est\u00e1 llevando a cabo en este tipo de componentes por diferentes centros de investigaci\u00f3n y compa\u00f1\u00edas privadas de todo el mundo, fundamentalmente de la industria del autom\u00f3vil, tienen como principal aplicaci\u00f3n el \u00e1rea del transporte, tratando de convertir la ineficiente y altamente contaminante industria actual del petr\u00f3leo en una mucho m\u00e1s sostenible y a la vez respetuosa con el medio ambiente. Con este tipo de planteamiento las pilas de combustible pueden jugar un papel muy importante debido a que son capaces de proporcionar una potencia el\u00e9ctrica libre de contaminantes, con un alto rendimiento y de una manera silenciosa. De igual modo, la utilizaci\u00f3n de las pilas de combustible conjuntamente con el hidr\u00f3geno resulta m\u00e1s eficiente que la utilizaci\u00f3n del hidr\u00f3geno en motores de combusti\u00f3n interna similares a los actuales.<\/p>\n La tecnolog\u00eda de pila de combustible de membrana polim\u00e9rica PEMFC es, la que m\u00e1s esfuerzo en inversiones est\u00e1 recibiendo a nivel internacional. Sin embargo, existen una serie de dificultades t\u00e9cnicas y econ\u00f3micas que es necesario resolver antes de su comercializaci\u00f3n masiva como son la disminuci\u00f3n de costes, el incremento de la durabilidad y la mejora de las prestaciones espec\u00edficas. El otro gran problema de las pilas PEMFC est\u00e1 relacionado con la infraestructura necesaria para la producci\u00f3n y almacenamiento del hidr\u00f3geno.<\/p>\n A nivel internacional, los principales polos de desarrollo se encuentran en Norteam\u00e9rica, Jap\u00f3n y Europa. La tendencia parece indicar que Norteam\u00e9rica \u2013EEUU y Canad\u00e1- est\u00e1n m\u00e1s avanzados en el desarrollo de pilas y sistemas para automoci\u00f3n y aplicaciones estacionarias (generaci\u00f3n distribuida), y Jap\u00f3n en el desarrollo de pilas para aplicaciones port\u00e1tiles y de microelectr\u00f3nica (tel\u00e9fonos m\u00f3viles, PDAs, ordenadores port\u00e1tiles). <\/span><\/p>\n \u00a0<\/span><\/span><\/p>\n <\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Las pilas de combustible son dispositivos electroqu\u00edmicos capaces de convertir de forma directa la energ\u00eda qu\u00edmica almacenada en un combustible, en electricidad, calor y agua. 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