Pila De Hidrogeno

HISTORIA

Christian Friedrich Schönbein, químico germano-suizo, descubrió en 1838 el principio químico que utilizan las pilas o células de hidrógeno. Más tarde, en 1843 Sir William Grove desarrolló la primera pila de hidrógeno con materiales similares a los utilizados actualmente en las pilas de ácido fosfórico. Sin embargo, tuvieron que pasar alrededor de cien años para Francis Thomas Bacon fabricara la primera pila de hidrógeno con un rendimiento de 5 kilovatios, en 1959.

La NASA utilizó las patentes de Francis Bacon en su programa aeroespacial, para poder disponer de agua y electricidad en el espacio, a partir del hidrógeno y del oxígeno disponibles en los depósitos de la nave. Las primeras misiones que utilizaron éste tipo de pilas de hidrógeno fueron las del programa Apollo. Fue entonces cuando General Electric desarrolló las primeras pilas con membrana de intercambio de protones o pila PEM ( Proton Exchange Menbrane), mucho mas ligeras y duraderas que el modelo de Francis Bacon. Éste tipo se utilizó por primera vez en la misión Gemini V (1965). Para estas primeras pilas se utilizaban materiales muy caros, y las primeras células necesitaban temperaturas de funcionamiento muy elevadas; sin embargo, debido a las grandes cantidades de combustible disponible (hidrógeno y oxígeno en el agua) no cesó la investigación en las células de hidrógeno.

Aun asi, debido a su elevado coste, el uso de pilas de hidrógeno se vio limitado a aplicaciones espaciales. Pero a finales de los 80, fue entonces cuando las células de hidrógeno tuvieron un gran desarrollo. Se produjeron varias innovaciones (electrodos de película fina y catalizador con menos platino), y se inventaron nuevas tecnologías que abarataron los procesos de fabricación de los componentes de las pilas de hidrógeno.

En la actualidad ya se han fabricado prototipos de coches y otros vehículos propulsados mediante pilas de hidrógeno con membrana de intercambio de protones. Muchas compañías trabajan en el desarrollo de éstos sistemas, por lo que hay un gran secretismo industrial. Pese a que la mayoria de las compañías automovilísticas estan trabajando para la llamada contaminacion cero, actualmente solo la marca japonesa Honda es la única que ha obtenido la homologación para comercializar su vehículo impulsado por este sistema, el FCX Clarity, que mezcla la eficiencia enérgetica con las mejores prestaciones de los automóviles actuales.

COMPONENTES

Electrodos (ánodo, donde se reduce el H2 y cátodo, donde reacciona H+ y O2)

Electrolito (separa los gases, permite el paso de iones H+ al cátodo y separa los e-)

Placas bipolares (que separan las celdas, “conducen” los gases y evacúan H2O)

Las reacciones que tienen lugar en cada uno de los electrodos son:

Reacción en el ánodo: H2 –>2H+ + 2e-

Reacción en el cátodo: ½ O2 + 2H+ + 2e- –> H2O

Reacción global: H2 + ½ O2 –> H2O

En el lado del ánodo, el hidrógeno que llega se disocia en protones y electrones. Los protones son conducidos a través de la membrana al cátodo, pero los electrones están forzados a viajar por un circuito externo (produciendo energía) ya que la membrana está aislada eléctricamente. En el catalizador del cátodo, las moléculas del oxígeno reaccionan con los electrones (conducidos a través del circuito externo) y protones para formar el agua. En este caso, el único residuo es vapor de agua o agua líquida.

OBJETIVOS

El objetivo general de la Empresa Común FCH 2 (Fuel Cells and Hydrogen) para el período 2014-2024 es desarrollar en la Unión Europea un sector de pilas de combustible e hidrógeno sólido, sostenible y competitivo a escala mundial, en concreto para:

reducir el coste de producción de los sistemas de pilas de combustible para uso en aplicaciones de transporte, y a la vez aumentar su vida útil a niveles competitivos con las tecnologías convencionales;

aumentar la eficiencia eléctrica y la durabilidad de las diferentes pilas de combustible utilizadas para producir energía, y reducir a la vez los costes hasta niveles competitivos con las tecnologías convencionales;

aumentar la eficiencia energética de la producción de hidrógeno a partir de la electrolisis del agua reduciendo al mismo tiempo los costes de capital;

demostrar a gran escala la viabilidad del uso del hidrógeno para apoyar la integración de las fuentes de energía renovables en los sistemas energéticos, en particular mediante su uso como medio de almacenamiento energético competitivo para la electricidad producida a partir de fuentes de energía renovables.

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