Estudio Y Comprobación Experimental De Diversas Transformaciones Energéticas En La Pila De Combustible

Introducción

Las pilas de combustible pueden lograr diversas transformaciones energéticas. El principio de las pilas de combustible fue descubierto en el año 1839 por el juez galés y científico Sir William Grove y desarrollado en el año 1894 por el químico alemán Wilhelm Ostwald. En una combustión normal, la energía resultante de la oxidación del combustible se libera en forma de calor. En las pilas de combustible, los reactivos (combustible y agente oxidante) se conducen a los electrodos de forma continua. La pila de combustible puede suministrar energía mientras se alimenta con combustible y oxígeno. La tensión de salida de la pila es relativamente pequeña, pero la intensidad de la corriente y el rendimiento son favorables.

Problema

¿Cuál es la reacción energética en las pilas de combustible?

Objetivos

• Establecer los diferentes tipos de pilas de combustibles.

• Identificar las diferentes reacciones en las pilas de combustible.

• Determinar cuál es la mejor pila de combustible.

Justificación de la Investigación

Las pilas de combustible son conocidas hoy en día, pero no sabemos las diferentes pilas que hay en el mundo y como se desarrolla. Por lo cual, se hace esta investigación con intención de dar a conocer los diferentes tipos y como se desarrollan. También investigaremos cuales son las reacciones en los diferentes tipos de pila. Al pasar el tiempo la tecnología sea desarrollado más y esto ha ayudado a los científicos a desarrollar los diferentes tipos de pilas de combustible. El conocimiento de las pilas de combustible puede beneficiar a muchas personas como también a profesionales y científicos.

Marco Teórico

Transformación de la energía

Cuando un combustible se quema en la atmósfera de aire, la fuerza que impulsa esta reacción química es la afinidad, es decir, la tendencia que presenta el combustible a reaccionar con el oxígeno. En una combustión normal, la energía resultante de la oxidación del combustible se libera en forma de calor.

COMBUSTIBLE + OXÍGENO Þ PRODUCTOS DE OXIDACIÓN + CALOR

Este proceso se emplea también para la "generación de energía" en las centrales térmicas en las que, a través de la producción de vapor, se obtiene energía mecánica que luego se transforma en energía eléctrica. Sin embargo, es también posible conseguir que esta reacción siga un camino directo de forma que, como consecuencia de la transformación de la energía, se libere inmediatamente energía eléctrica. El dispositivo que permite llevar a cabo este proceso se denomina "pila de combustible". Por pila de combustible se entiende un dispositivo electroquímico que permite transformar directamente la energía química resultante de una reacción de oxidación de un combustible en energía eléctrica sin tener que convertirla primero en energía térmica. En las pilas de combustible, los reactivos (combustible y agente oxidante) se conducen a los electrodos de forma continua. En una pila de combustible se produce un proceso electroquímico directo. La pila de combustible puede suministrar energía mientras se alimenta con combustible y oxígeno. La tensión de salida de la pila es relativamente pequeña, pero la intensidad de la corriente y el rendimiento son favorables. En las pilas primarias esto no resulta posible, ya que los procesos químicos que se desarrollan durante la generación de energía eléctrica son, en gran medida, irreversibles. En los acumuladores los productos generados durante la descarga pueden convertirse de nuevo en las sustancias iniciales mediante una electrólisis posterior. Se diferencian de las pilas de combustible en que los reactivos vienen prescriptos por lo electrodos elegidos, por lo que su cantidad y su potencial quedan limitadas. Desde el punto de vista físico, una pila de combustible consta de dos electrodos separados por un electrolito. El combustible, por ejemplo, el hidrógeno, es conducido de forma continua a uno de estos electrodos -el ánodo-. Como electrolito sólo pueden emplearse conductores iónicos tales como bases, ácidos y sales. El rendimiento termodinámico de una pila de combustible es mayor o menor que el 100%, dependiendo de si la tensión de salida U de la pila aumenta o disminuye con la temperatura. ΔG puede determinarse a partir de datos calorimétricos para una temperatura determinada. Incluso bajo condiciones de reacción isotérmica y reversible no puede convertirse la totalidad de la energía térmica en energía eléctrica, pues siempre se produce una pequeña pérdida de calor. Por ello conviene operar con las pilas de combustible hidrógeno-oxígeno a una temperatura reducida para obtener una tensión elevada y un alto rendimiento.

Sin embargo, para alcanzar densidades de corriente favorables hay que operar con pilas de combustible a una temperatura elevada, pues la velocidad de las reacciones que se producen en los electrodos aumenta con la temperatura. Se trata de problemas de cinética de reacciones que determinan la densidad de corriente y, con ella, el rendimiento efectivo. Además, el agua obtenida como producto de reacción en las pilas de combustible H2-O2 puede evacuarse de ellas más fácilmente a temperaturas elevadas, por ejemplo, por evaporación.

Electrodo De Hidrógeno

Las tensiones de salida de las pilas calculadas a partir de los valores de ΔG no coinciden, a menudo, con los valores determinados experimentalmente. La causa de ello radica en el desarrollo incompleto de la reacción principal o en las reacciones secundarias que no pueden tenerse en cuenta al calcular dicha tensión de salida. En el electrodo de hidrógeno se establece con facilidad el potencial reversible del hidrógeno. Uno de los requisitos esenciales que debe cumplir el material de dicho electrodo es su capacidad de disociar la molécula de hidrógeno, es decir, de dividirla en dos átomos H. Para ello se emplean catalizadores. Las reacciones que se desarrollan en los "puntos catalíticamente activos" del electrodo

pueden representarse de la forma siguiente:

H2 Þ 2H (adsorbido) 2H (adsorbido) + 2OH- Þ 2H2O + 2 e-

Con electrólitos alcalinos se han acreditado, como catalizadores para el electrodo de hidrógeno, los metales nobles finamente divididos (negro de platino) y catalizadores de Raney correspondientes

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