Las celdas de combustible se basan en reactores electroquímicos donde la
energía química se convierte en electricidad, sin mediar proceso alguno de
"combustión". El dispositivo es muy simple: está formada por dos
electrodos separados por un electrolito (un material especialmente tratado que
permite el paso de iones -átomos cargados positiva o negativamente- pero no de
electrones). En el electrodo negativo (ánodo) tiene lugar la oxidación del
combustible (normalmente hidrógeno aunque puede ser metanol u otros) y en el
positivo (cátodo), la reducción del oxígeno del aire.
Así, una de las reacciones más simples que se pueden dar en una celda es
que el oxígeno y el hidrógeno se combinen para formar agua y producir energía
eléctrica y calor.
Reacción en el ánodo 2H2 ---------- 4H+ +
4e-
Reacción en el cátodo O2 + 4H+ +
4e- --------- 2 H2O
La celda consiste en un ánodo en el que se inyecta el combustible
-hidrógeno, amoníaco o hidracina- y un cátodo en el que se introduce un
oxidante -aire u oxígeno-. Los dos electrodos de una pila de combustible están
separados por un electrolito iónico conductor.
El hidrógeno penetra por el ánodo y en presencia de un catalizador se
disocia en los iones positivos y electrones. El oxígeno del aire penetra por el
cátodo y se disocia en iones negativos, también en presencia del catalizador.
Los iones de hidrógeno migran a través del electrolito mientras que los
electrones circulan a través del circuito externo (como puede ser el motor
eléctrico del coche). De esta forma en el cátodo vuelven a recombinarse y se
produce agua y una cantidad importante de energía térmica.
Una pila de combustible
Una sola de estas celdas genera alrededor de un voltio en circuito abierto;
si se necesita un voltaje mayor y alta potencia se conectan en serie el número
necesario para formar un apilamiento que se llama pila de combustible.
En esta pila hay que añadir sistemas que permitan disipar el calor, que los
gases puedan circular con facilidad y que haya terminales eléctricos para poder
utilizar la energía eléctrica que se produzca.
Tipos de pilas de combustible
Generalmente las pilas de combustible se clasifican en función del tipo de
electrolito que utilizan. Las principales diferencias entre ellas son las
temperaturas a las que operan, la pureza del combustible que utilizan, los
rendimientos y las aplicaciones en las que pueden utilizarse.
Pilas de
combustible de baja temperatura
En el caso de una pila de combustible de hidrógeno-oxígeno con un
electrolito de hidróxido de metal alcalino, la reacción del ánodo es 2H2 +
4OH- ------- 4H2O + 4e- y la
reacción del cátodo es O2 + 2H2O + 4e- -------
4OH-.
Los electrones generados en el ánodo se mueven por un circuito externo que
contiene la carga y pasan al cátodo. Los iones OH- generados en el cátodo son
conducidos por el electrolito al ánodo, donde se combinan con el hidrógeno y
forman agua. El voltaje de la pila de combustible en este caso es de unos 0,8 V
pero disminuye conforme aumenta la carga. El agua producida en el ánodo debe
ser extraída continuamente para evitar que inunde la pila.
Utilizan como combustible hidrógeno de gran pureza sin nada de monóxido o
dióxido de carbono. La eficiencia ronda un 55%. Su principal ventaja es que
operan a bajas temperaturas.
Las pilas de combustible de hidrógeno-oxígeno que utilizan membranas de
intercambio iónico o electrólitos de ácido fosfórico fueron utilizadas en los
programas espaciales Gemini y Apolo respectivamente. Las de ácido fosfórico
tienen un uso limitado en las instalaciones eléctricas generadoras de energía.
Pilas de combustible que operan a alta temperatura
Actualmente se están desarrollando las pilas de combustible con
electrólitos de carbonato fundido. El electrolito es sólido a temperatura
ambiente, pero a la temperatura de operación (650 a 800 °C) es un líquido. Este
sistema utiliza monóxido de carbono como combustible, por lo que pueden
utilizarse como combustible mezclas de monóxido de carbono e hidrógeno como las
que se producen en un gasificador de carbón.
También se están desarrollando pilas de combustible que emplean dióxido de circonio sólido como electrolito. Estas pilas se llaman pilas de combustible de óxido sólido. El dióxido de circonio se convierte en conductor iónico a unos 1.000 °C. Los combustibles más adecuados son el hidrógeno, el monóxido de carbono y el metano, y al cátodo se le suministra aire u oxígeno. La elevada temperatura de operación de las pilas de combustible de óxido sólido permite el uso directo de metano, un combustible que no requiere catalizadores costosos de platino.
https://companiesmarketcap.com/hydrogen-fuel-cell/largest-companies-by-market-cap/
Enlaces de interés sobre el tema
https://es.wikipedia.org/wiki/Pila_de_combustible
https://www.thinkchina.sg/many-challenges-ahead-china-promotes-green-hydrogen-vehicles
https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell
https://www.fortunebusinessinsights.com/blog/top-hydrogen-generation-companies-10715
https://mzwmotor.com/fuel-cell-manufacturers/
Respecto a las baterías de vehículos eléctricos que se van a fabricar en Sagunto
Dos elementos fundamentales en la descarbonización, las placas solares y las baterías, en manos de China, de paneles solares ya hemos hablado aquí
El día 17 de marzo de 2023 Volkswagen hizo el acto oficial de inicio de obras de su fabrica de baterías en Sagunt, su segunda en Europa y su primera en España.
Decía CP que "la factoría tendrá una capacidad de producción de 150 millones de celdas de baterías para 500.000 coches anuales" cada coche requerirá unas 300 células, dependiendo de su potencia.
También decía que "las instalaciones valencianas tendrán una capacidad de producción anual de 40 GWh al año, aunque con posibilidad de aumentarla un 50% hasta los 60 GWh.
celdas cilíndricas
celdas prismáticas
celdas de bolsa
En Sagunt no aparece Volkswagen como fabricante sino Powerco, una empresa del grupo Volkswagen
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