Pila de combustible alcalina

La pila de combustible alcalina (llamada AFC), también llamada Bacon fuel cell (por Francis Thomas Bacon, ingeniero inglés), es una de las tecnologías más estudiadas en la categoría de pilas de combustible y son también las baterías que permitieron al hombre llegar a la Luna. La NASA ha estado usando estas baterías desde mediados de la década de 1960 en las misiones Apolo y el programa del transbordador espacial. Los TLC utilizan hidrógeno y oxígeno puro para producir agua, calor y electricidad. Duran más y son más potentes que las baterías normales.

Las pilas de combustible producen energía a través de una reacción redox (reducción de óxido) entre el oxígeno y el hidrógeno. En el ánodo el hidrógeno se oxida con la reacción: produciendo así agua y Liberando dos electrones. El flujo de estos en el circuito externo crea trabajo y el circuito se cierra con la reacción en el cátodo produciendo iones hidróxido (OH -) que a través del electrolito regresan al ánodo. La reacción en su conjunto consume una molécula de oxígeno y dos de hidrógeno produciendo dos moléculas de agua. La electricidad y el calor son efectos secundarios (deseados) de la reacción.

Los dos electrodos están separados por una matriz porosa saturada con una solución alcalina acuosa, como el hidróxido de potasio (KOH). Un problema de este electrolito es la formación de carbonato de potasio (K 2 CO 3) debido a la interacción con el dióxido de carbono (CO 2), envenenando así la pila de AFC. Por esta razón, la batería debe utilizar oxígeno puro o aire purificado. Esto hace que este tipo de baterías sean muy caras (aunque hay investigaciones para eliminar esta necesidad). En la comunidad científica hay disputas sobre la reversibilidad del envenenamiento por dióxido de carbono. El principal mecanismo de envenenamiento se debe a la obstrucción de los poros del cátodo con el carbonato, fenómeno irreversible, y la reducción de la conductividad iónica del electrolito, que podría restaurarse con la recuperación de la concentración inicial de KOH.

Debido a este efecto de envenenamiento, hay dos variantes principales de AFC: con electrolito estático y con electrolito fluido. Las células con electrolito estático, o inmovilizadas, del tipo utilizado en el transbordador Apolo generalmente usan un separador de asbesto saturado con hidróxido de potasio. La producción de agua se controla por evaporación fuera del ánodo, como se puede ver en la figura, que produce agua pura utilizable para otros usos. Estas pilas de combustible suelen utilizar catalizadores de platino para lograr la máxima eficiencia volumétrica y específica. Las células con electrolito que fluye utilizan una matriz más abierta que permite que el electrolito fluya entre los electrodos (paralelos a los electrodos) o a través de los electrodos en una dirección transversal (células tipo ask o eloflux). En el diseño con flujo paralelo, el agua producida se retiene en el electrolito, por lo que un electrolito viejo debe reemplazarse por uno nuevo, de manera análoga al cambio de aceite en un automóvil. En el caso del diseño de flujo paralelo, se requiere mucho más espacio entre los electrodos para permitir el flujo, y esto resulta en una mayor resistencia celular, disminuyendo la potencia en comparación con las células electrolíticas estáticas. Otro desafío para la tecnología será comprender la influencia del envenenamiento por cátodos con K 2 CO 3, sin embargo, algunos trabajos publicados indican cientos de horas de trabajo en el aire antes de que el efecto sea consistente. Estos diseños de células utilizan catalizadores de platino y metales no nobles, compensando la eficiencia específica y volumétrica con bajo costo. El diseño de EloFlux, con su flujo cruzado de electrolito, tiene la ventaja de un bajo costo de construcción y electrolito fácilmente reemplazable, pero hasta ahora los experimentos se han realizado utilizando solo oxígeno. Otras variantes en pilas de combustible alcalinas incluyen pilas de combustible de hidruro metálico y pilas de combustible de alimentación directa de borohidruro.

Sin embargo, las AFC son las pilas de combustible más baratas de construir. El catalizador químico requerido para los electrodos puede ser cualquiera de los existentes que son relativamente baratos en comparación con los requeridos para otros tipos de pilas de combustible. Las perspectivas comerciales para AFCS han crecido de la mano con el reciente desarrollo de la placa bipolar que permite un rendimiento superior en comparación con las versiones anteriores con placa monopolar. El primer barco del mundo propulsado por pilas de combustible (HYDRA) fue fabricado por Christian Machens y utilizó un sistema AFC con una potencia de 6. 5kW Otro desarrollo reciente (aunque no para aplicaciones que requieren alta potencia) son las pilas de combustible de estado sólido, que utilizan membranas de intercambio de aniones en lugar de un líquido. Este trabajo se inició en la Universidad de Surrey en el Reino Unido. Para más detalles, consulte el sitio web http://mypages. Surrey. CA. uk / chs1jv / archivado el 14 de febrero de 2008 en Internet Archive.

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