El concepto de corriente eléctrica a partir de una celda electroquímica fue demostrado por Sir William Robert Grove en 1839. Walther Hermann Nernst, en 1900, fue quien dedujo la ley termodinámica que rige el principio de las celdas de combustible, y además fue el primer constructor de una celda de combustible de óxidos sólidos (cerámicos). Después de transcurrir cerca de 130 años hasta que F. T. Bacon ensambla un apilado o stack de monoceldas que produjo una densidad de corriente útil. J. A. Appleby analiza detalladamente el proceso histórico de las celdas de combustible y señala como la celda de Bacon modificada, es el primer sistema que proporcionó corriente eléctrica a las naves espaciales Apolo en la Agencia Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA, por sus siglas en inglés), que permitió a los astronautas alunizar en 1969. Examinan-do los años de investigación y desarrollo de las celdas de combustible desde sus inicios, se observará claramente que el progreso de estos sistemas estuvo limitado por la carencia de materiales adecuados para soportar electrolitos corrosivos durante largos períodos de tiempo, y la falta de tecnología para obtener dichos materiales que sirvieran como electrodos porosos estables.
Una celda de combustible opera como una batería. Genera electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquímicamente sin ninguna combustión. A diferencia de las baterías, una celda de combustible no se agota ni requiere recarga. Producirá energía en forma de electricidad y calor mientras se le provea de combustible. El único subproducto que se genera es agua 100% pura.
Una celda de combustible consiste en dos electrodos separados por un electrólito. Oxígeno pasa sobre un electrodo e hidrógeno sobre el otro. Cuando el hidrógeno es ionizado pierde un electrón, y al ocurrir esto ambos (hidrógeno y electrón) toman diferentes caminos hacia el segundo electrodo. El hidrógeno migra hacia el otro electrodo a través del electrólito mientras que el electrón lo hace a través de un material conductor. Este proceso producirá agua, corriente eléctrica y calor útil. Para generar cantidades utilizables de corriente las celdas de combustibles son “amontonadas” en un emparedado de varias capas.
Las celdas de combustible son una familia de tecnologías que usan diferentes electrólitos y que operan a diferentes temperaturas. Cada miembro de esa familia tiende a ser más apropiada para ciertas aplicaciones. Por ejemplo, las celdas de combustible de membrana eléctrica polimérica han demostrado ser apropiadas para su aplicación en autos, mientras que las celdas de combustible de carbonatos fundidos parecen ser más apropiadas para uso con turbinas a gas.
Las celdas de combustible son silenciosas, eficientes y fuentes de energía virtualmente libres de contaminantes para energizar vehículos, construcciones y dispositivos personales como laptops y teléfonos celulares.
Desde los años 60 los sistemas a base del hidrógeno son propuestos como una solución para problemas ambientales. Desde los últimos años del siglo XX, los trabajos desarrollados en laboratorios de investigación e instituciones educativas del mundo se orientan en el uso del hidrógeno como combustible, tomando su economía como base.
El hidrógeno es un excelente combustible con propiedades únicas, especialmente en el ámbito de los campos electroquímicos que lo convierten en electricidad en las celdas de combustible con eficiencias del orden del 40 – 50%, que los combustibles fósiles en las plantas de energía hidroeléctrica, por los complicados procesos térmicos a alta temperatura con eficiencias del orden de 15 – 20%. La alta eficiencia de las celdas de combustible de hidrógeno, es que son máquinas electroquímicas no motores térmicos y por lo mismo no están sujetas a las limitaciones del ciclo de Carnot. Se espera que en es-te siglo las celdas de combustible remplacen a las máquinas de combustión interna, las turbinas de vapor y de gas dependientes de los combustibles fósiles.
La generación de corriente eléctrica es una actividad que requiere mucho tiempo y esfuerzo. Esta breve revisión se centra en los nuevos sistemas eléctricos conocidos como celdas de combustible con membrana electrolítica protónica (PEMFC, por sus siglas en inglés) o celda de combustible con membrana de conducción protónica. Las celdas de combustible de metanol directo (DMFC, por sus siglas en inglés), son una variante de las PEMFC. Los componentes son prácticamente los mismos, con algunas diferencias en el estado físico del combustible que cada tipo de celda maneja. El término PEMFC se ha asociado a las celdas de combustible con membrana protónica como su electrolito, pero también las iniciales pueden hacer referencia a todos aquellos materiales que trabajen con membranas de transporte e intercambio protónico, como algunos autores usan el término pila de combustible, traducidas al español.
En la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla se diseñó y construyó una celda de combustible convencional y una celda de combustible experimental de membrana electrolítica protónica (PEM, por sus siglas en inglés), con el objetivo de construir prototipos pilotos. El trabajo se enfocó en el aspecto de los prototipos de ensayo de celdas de combustible experimentales para la producción de energía eléctrica limpia, útil y amigable al medio ambiente. Dicho trabajo tiene una solicitud de patente MX2012008342 ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial por parte de los académicos: José Ignacio Becerra Ponce de León, Arnulfo Lara Eliosa, José Fernando Reyes Cortés, Javier Méndez Mendoza y Jaime Julián Cid Monjaraz.
Twittear