Pila de combustible para acumular energía
Los sistemas de acumulación de energía de estos automóviles son los siguientes:
Descripción
Funcionamiento de la pila de combustible. De HandigeHarry – Trabajo propio, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3924755
Las pilas de combustible o celdas de combustible son unos dispositivos electroquímicos, capaces de convertir directamente la energía química contenida en un combustible en energía eléctrica.
Esta transformación electroquímica (sin combustión) no está limitada por los rendimientos de los procesos de combustión. Esto permite conseguir rendimientos relativamente altos (en la práctica en el entorno del 40% o 50%, aunque en teoría podrían ser bastante superiores). Se presentan como unos dispositivos con enorme potencial de aplicación.
Fundamentalmente una pila de combustible es una agrupación de celdas o células individuales con conexiones internas en serie. Estas celdas están formadas por:
- dos electrodos (polo positivo y polo negativo) donde se producen respectivamente la oxidación del hidrógeno y la reducción del oxígeno,
- y por un electrolito (que puede ser un medio tanto ácido como básico) que permite el intercambio de los iones que generan ambas reacciones.
Una pila de combustible es una especie de batería de alta tecnología que convierte la energía química del combustible que la alimenta en energía eléctrica. Hay una gran diferencia con las baterías, una batería almacena en su interior la energía química que convierte en electricidad; cuando se termina esa energía química, la batería:
- se cambia por otra
- o bien se recarga conectándola a la red eléctrica tal como se ha descrito en el apartado anterior.
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La pila de combustible, en cambio, convierte en electricidad la energía química de un combustible que recibe del exterior. Es capaz de suministrar energía eléctrica de forma continua mientras se mantenga el aporte de este combustible.
Uno de los reactivos de la pila es siempre el oxígeno, que procede del aire y que por tanto no es necesario almacenar. El combustible propiamente dicho es normalmente el hidrógeno, que puede ser suministrado de forma directa y que mantendrá la producción de electricidad mientras haya hidrógeno en el depósito.
En uno de los tipos más conocidos y sencillos de pila de combustible, el electrolito es una membrana, que permite el intercambio de protones entre cátodo y ánodo pero no el paso de electrones que se mueven a través de un circuito externo proporcionando la corriente eléctrica. En resumen, mezclando el hidrógeno procedente del depósito del vehículo y el oxígeno del aire, se genera electricidad y vapor de agua que sale por el tubo de escape.
Uniendo cada dos celdas existe un elemento de unión, denominado normalmente placa bipolar (que además facilita la canalización de los gases) que permite la circulación de los electrones, que pasando por el circuito externo, completan las reacciones.
Ventajas de las pilas de combustible
Entre las ventajas generales de las pilas de combustible, cabe destacar:
- Su buen rendimiento, en torno al 40% o 50% y con posibilidades de mejora.
- Este rendimiento, a diferencia de otros sistemas, es relativamente alto para distintas potencias en un mismo sistema (es decir, funcionando tanto a plena potencia como a cargas parciales), lo que permite ajustar la producción a la demanda sin sacrificar la eficiencia.
- Asimismo, el rendimiento es bueno independientemente del tamaño del sistema (a diferencia de los sistemas térmicos, en los que el rendimiento mejora con el aumento de escala).
- Son sistemas con muy poca inercia, que pueden seguir casi al instante la curva de demanda.
- Tienen un carácter modular, lo que significa por un lado un aumento de la fiabilidad a la vez que una reducción de costes, y por otro que las plantas se pueden construir en poco tiempo y pueden aumentar o disminuir la potencia sin cambiar su diseño. Además se puede conseguir una muy alta disponibilidad, ya que la parada de un módulo no supondría la parada del sistema completo.
- Al carecer de partes móviles, las pilas de combustible son silenciosas, no producen vibraciones (estas afirmaciones no son válidas para algunos de los componentes auxiliares), y por ello, en teoría, requieren poco mantenimiento.
Clases de pila de combustible para acumular energía
Las pilas de combustible se clasifican normalmente atendiendo al electrolito que utilizan. Entre las de baja temperatura están las alcalinas y las de polímeros (también conocidas como de membrana intercambiadora de protones, o por las siglas en inglés PEM). Las de metanol directo son un tipo particular de pilas PEM que consumen directamente metanol.
Las pilas de combustible de media temperatura son las de ácido fosfórico, y las de alta temperatura son las de carbonatos fundidos y las de óxidos sólidos. A día de hoy las pilas que levantan más expectativas son las de polímeros para aplicaciones móviles o de poca potencia (transporte, aplicaciones residenciales y aplicaciones portátiles) y las de óxidos sólidos para generación centralizada o distribuida de electricidad.
En la siguiente tabla está la clasificación de los diferentes tipos de pilas de combustible:
Pila de combustible
Como funciona la pila de combustible. Toyota Mirai
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