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Cómo funcionan las pilas de combustible

Cómo funcionan las pilas de combustible


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Cuando la electricidad se genera a partir de combustibles fósiles, la energía térmica se utiliza para producir vapor. El vapor impulsa una turbina conectada a un generador. En el proceso de combustión, no toda la energía producida se convierte en trabajo útil (propulsión de turbina), la energía contenida en los enlaces químicos del combustible se desperdicia porque se disipa en el medio ambiente en forma de calor. los celdas de combustible quieren solucionar ese desperdicio.

Una forma mucho más eficiente de produce electricidad este sería el caso si los electrones de enlace se usaran para producir directamente electricidad, saltándose el proceso de transformación que ve la producción de vapor, la acción de la turbina y el generador. Esto es lo que pasa en celdas de combustible, la energía química de los enlaces se convierte directamente en electricidad.

Si con el uso convencional de combustibles fósiles hay una eficiencia del 20-25%, la celdas de combustible tienen una eficiencia superior al 60%. El funcionamiento de un pila de combustible es similar a la de una batería, la diferencia sustancial radica en los regentes: el combustible de celdas de combustible se suministra externamente, asegurando un funcionamiento continuo.

En cuanto a pilas de nuestros teléfonos móviles, incluso la estructura de uno pila de combustible se puede dividir en dos departamentos donde tendrá lugar la oxidación y la reducción: en un compartimento un elemento pierde electrones (oxidación) y por otro, otra especie química adquiere electrones (reducción). Los dos compartimentos están conectados para permitir un flujo electrónico espontáneoasí, los electrones pasan desde donde tuvo lugar la oxidación al compartimento de reducción. El flujo pasa por un conductor metálico y, como cualquier flujo espontáneo en un circuito eléctrico, que constituye electricidad.

los electrones son cargas negativas que deben equilibrarse. Los dos compartimentos están separados por un membrana permeable sólo a los protones (cargas positivas) que fluirán del ánodo al cátodo para equilibrar el flujo neto de cargas negativas.

La oxidación de un combustible ve electrones que fluyen hacia el otro compartimento donde reaccionan con un agente oxidante, generalmente oxígeno. La oxidación del combustible produce iones positivos (el combustible pierde electrones y permanece con una carga neta positiva), son estos iones positivos los que equilibran la carga.

¿Por qué no hay pérdida de energía a través del calor?
El combustible y el oxidante están ubicados en diferentes compartimentos y nunca entran en contacto directo entre sí, no hay combustión sino solo una reacción neta que ve la oxidación del combustible y el consumo del oxidante (oxígeno). En circuito eléctrico, la energía de la reacción se convierte directamente en electricidad.

Existe pilas de combustible de hidrógeno pero también con metano u otros hidrocarburos. los celdas de combustible no nos liberan de la dependencia de los combustibles fósiles, pero aumentan significativamente su eficiencia. En el Shuttle el celdas de combustible utilizados se basan enhidrógeno. La reacción general produce agua. En pila de combustible es ingresado hidrógeno gaseoso, esto se convierte en iones de hidrógeno con la producción de electrones. Este compartimento es el ánodo y desde aquí los electrones fluirán hacia el circuito externo donde, a través del conductor, llegarán al compartimento de reducción (cátodo). Los electrones producidos son utilizados por el oxígeno, que luego produce agua por combinación con iones H +.

Se puede observar una reacción más obvia con el celdas de combustible dependen de hidrocarburos como el metano (CH4) y el metanol (CH4OH). En este caso, sin embargo, los productos de reacción son dos, además de agua también se producirá dióxido de carbono (CO2). Con los hidrocarburos, tomemos el ejemplo del metanol, la reacción que se observará en pila de combustible se verá así:

2 CH3OH (dos moléculas de metanol líquido) + 3 O2 (tres moléculas de oxígeno gaseoso) -> 2 CO2 (dos moléculas de dióxido de carbono gaseoso) + 4 H2O (cuatro moléculas de agua líquida).
Con esta reacción, se estima la producción de 23 kj de energía por cada gramo de metanol líquido utilizado (igual a 727 kj / mol). Esta energía es equivalente a una potencia de 200 vatios-hora por mol de metanol o mejor, 5.0 kWatt hora por cada litro de metanol utilizado. Al querer hacer un informe, la oxidación de un litro de metanol en una pila de combustible conduciría a la producción de más de 5.000 W de potencia durante un período de 24 horas.

Foto del comunicado de prensa H2-Ecomat Project - University of Milano-Bicocca

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Comentarios:

  1. Arakasa

    Lo siento, pero creo que estás cometiendo un error. Puedo probarlo. Envíame un correo electrónico a PM, hablaremos.

  2. Pelias

    Este mensaje, asombroso)))

  3. Mot

    En él algo es. Ahora todo está claro, gracias por la ayuda en esta pregunta.

  4. Daegal

    No me arrepiento de haber perdido un par de minutos leyendo. Escríbeme más a menudo, sin duda pasaré a leer algo nuevo.

  5. Fitzsimon

    Todo sobre uno y tan interminable



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