Celdas de Celdas de combustiblecombustible

Presentado Presentado por:por:

Barragán Muñoz Emmanuel

Mandujano Gómez Felipe

Objetivo de la presentaciónObjetivo de la presentación Explicar qué son las celdas de Explicar qué son las celdas de

combustible, su funcionamiento y las combustible, su funcionamiento y las aplicaciones que tienen.aplicaciones que tienen.

Celda de combustibleCelda de combustible Dispositivo electroquímicoDispositivo electroquímico Conversión de energía similar Conversión de energía similar

a una batería, pero con la a una batería, pero con la diferencia que esta celda diferencia que esta celda permite reabastecimiento permite reabastecimiento continuo de los reactivos continuo de los reactivos consumidos consumidos

Produce electricidad de una Produce electricidad de una fuente externa de fuente externa de combustible y de oxígenocombustible y de oxígeno

Los reactantes típicos Los reactantes típicos utilizados en una celda de utilizados en una celda de combustible son hidrógeno en combustible son hidrógeno en el lado del ánodo y oxígeno en el lado del ánodo y oxígeno en el lado del cátodoel lado del cátodo Pila de hidrógeno. La celda en sí

es la estructura cúbica del centro de la imagen

TecnologíaTecnología Célula de membrana intercambiadora de protones Célula de membrana intercambiadora de protones

hidrógeno/oxígenohidrógeno/oxígeno Una membrana polimérica conductora de protones (el Una membrana polimérica conductora de protones (el

electrolito), separa el lado del ánodo del lado del cátodo.electrolito), separa el lado del ánodo del lado del cátodo.

En el lado del ánodo, el hidrógeno que llega al ánodo En el lado del ánodo, el hidrógeno que llega al ánodo catalizador se disocia en protones y electrones. Los catalizador se disocia en protones y electrones. Los protones son conducidos a través de la membrana al protones son conducidos a través de la membrana al cátodo, pero los electrones están forzados a viajar por un cátodo, pero los electrones están forzados a viajar por un circuito externo (produciendo energía) ya que la membrana circuito externo (produciendo energía) ya que la membrana está aislada eléctricamente.está aislada eléctricamente.

En el catalizador del cátodo, las moléculas del En el catalizador del cátodo, las moléculas del oxígeno reaccionan con los electrones (conducidos oxígeno reaccionan con los electrones (conducidos a través del circuito externo) y protones para a través del circuito externo) y protones para formar el vapor de agua que es el único residuo que formar el vapor de agua que es el único residuo que se obtiene.se obtiene.

Diferencia de potencialDiferencia de potencial El voltaje de celda depende El voltaje de celda depende

de la corriente de carga. de la corriente de carga. El voltaje en circuito abierto El voltaje en circuito abierto

es de aproximadamente 1.2 es de aproximadamente 1.2 V. V.

Para obtener voltajes y Para obtener voltajes y corrientes mayores se corrientes mayores se forman arreglos en serie forman arreglos en serie (Baterías de celdas de (Baterías de celdas de combustible)combustible)

El número de celdas usadas El número de celdas usadas es generalmente superior a es generalmente superior a 45 y varía según el diseño.45 y varía según el diseño.

Materiales Materiales Las placas del electrodo se hacen Las placas del electrodo se hacen

generalmente de nanotubos de metal, de generalmente de nanotubos de metal, de níquel o de carbón, y están cubiertas por un níquel o de carbón, y están cubiertas por un catalizador como el platino o el paladio para catalizador como el platino o el paladio para obtener una eficiencia mayor. El electrolito obtener una eficiencia mayor. El electrolito puede ser de cerámica o bien una membrana.puede ser de cerámica o bien una membrana.

Teoría de la celdaTeoría de la celda Las semirreacciones para este tipo de celda Las semirreacciones para este tipo de celda

son:son:

Los iones HLos iones H++ pueden ser cedidos por la pueden ser cedidos por la oxidación de oxidación de cualquiercualquier hidrocarburo o hidrocarburo o hidrógeno puro líquido, y el oxígeno se hidrógeno puro líquido, y el oxígeno se toma del aire.toma del aire.

Teoría de la celdaTeoría de la celda La entalpía se define:La entalpía se define:

Para la celda de combustible:Para la celda de combustible:

El valor de la entropía ∆S depende de la El valor de la entropía ∆S depende de la temperatura de la celda, de los temperatura de la celda, de los catalizadores, de los electrodos utilizados y catalizadores, de los electrodos utilizados y del combustible utilizado.del combustible utilizado.

STGH

)( STEnFH

RendimientoRendimiento El rendimiento de una celda de combustible , bajo El rendimiento de una celda de combustible , bajo

condiciones estándares está limitado por el cociente condiciones estándares está limitado por el cociente entre la variación de la energía libre (estándar) de entre la variación de la energía libre (estándar) de Gibbs, y la variación de la entalpía estándar de la Gibbs, y la variación de la entalpía estándar de la reacción química completa. El rendimiento real es igual reacción química completa. El rendimiento real es igual o normalmente inferior a este valor.o normalmente inferior a este valor.

Una célula de combustible convierte la energía Una célula de combustible convierte la energía química de combustible en electricidad con un química de combustible en electricidad con un rendimiento aproximado de 50%.rendimiento aproximado de 50%.

RendimientoRendimiento El rendimiento sin embargo depende en gran El rendimiento sin embargo depende en gran

medida de la corriente que circula a través de la medida de la corriente que circula a través de la celda de combustible: celda de combustible: • cuanto mayor es la corriente, menor el cuanto mayor es la corriente, menor el

rendimiento.rendimiento.

Para una celda de hidrógeno, el rendimiento Para una celda de hidrógeno, el rendimiento (energía real/energía teórica) es igual al voltaje (energía real/energía teórica) es igual al voltaje de la celda dividido por 1,23 voltios, a una de la celda dividido por 1,23 voltios, a una temperatura de 25 °C.temperatura de 25 °C.

LI1

RendimientoRendimiento Este voltaje depende:Este voltaje depende:

• Del combustible usadoDel combustible usado• De la calidad De la calidad • De la temperatura de la celda De la temperatura de la celda

Una celda que funciona a 0.6 V tiene Una celda que funciona a 0.6 V tiene un rendimiento cercano al 50%, lo que un rendimiento cercano al 50%, lo que significa que el 50% de la energía significa que el 50% de la energía contenida en el hidrógeno es contenida en el hidrógeno es convertida en energía eléctrica. El convertida en energía eléctrica. El resto se disipa como calor.resto se disipa como calor.

Aplicaciones de las celdas de Aplicaciones de las celdas de combustible combustible

Plantas de potenciaPlantas de potencia Aparatos electrónicosAparatos electrónicos Vehículos EléctricosVehículos Eléctricos Sistemas Auxiliares de EnergíaSistemas Auxiliares de Energía Sistemas de apoyo a la red eléctricaSistemas de apoyo a la red eléctrica

Ventajas de las celdas de Ventajas de las celdas de combustible combustible

Mayor eficiencia que otro tipo de Mayor eficiencia que otro tipo de celdas.celdas.

No contaminan: el residuo es agua No contaminan: el residuo es agua pura.pura.

Pueden construirse de tamaño Pueden construirse de tamaño milimétrico y hasta nanométrico.milimétrico y hasta nanométrico.

Desventajas de las celdas de Desventajas de las celdas de combustible combustible

Precio elevado: el platino para los Precio elevado: el platino para los electrodos y las membranas de electrodos y las membranas de intercambio iónico.intercambio iónico.

Requieren de técnicas muy Requieren de técnicas muy avanzadas para su fabricación.avanzadas para su fabricación.

Requieren un control muy preciso de Requieren un control muy preciso de la temperatura.la temperatura.