© Polina Krasnikova/Shutterstock.com
La tecnología de pilas de combustible es un método novedoso para producir electricidad. Es un proceso amigable con el medio ambiente que genera electricidad con un desperdicio mínimo. Como resultado, es una tecnología importante para el futuro de nuestro planeta. Exploremos los diferentes tipos de tecnologías de celdas de combustible.
Existen varios tipos de tecnologías de celdas de combustible, cada una con su propio método único de producir electricidad. Las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM), óxido sólido (SOFC) y carbonato fundido (MCFC) son ejemplos de estos.
También están disponibles celdas de combustible de metanol directo (DMFC), alcalinas (AFC) y ácido fosfórico (PAFC). Hay 15 tipos diferentes de tecnologías de celdas de combustible en total.
Comprender estos diferentes tipos de tecnologías de celdas de combustible es fundamental para crear soluciones energéticas a largo plazo. Entonces, ¡echemos un vistazo a cada uno de ellos y veamos cómo funcionan!
1. Celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM)
Las celdas de combustible PEM utilizan una membrana para convertir el hidrógeno en electricidad, con solo agua como desperdicio. Las celdas de combustible PEM tienen muchas aplicaciones, desde impulsar automóviles hasta proporcionar electricidad a áreas remotas.
Una ventaja de las celdas de combustible PEM es su alta eficiencia y bajas emisiones. Sin embargo, son caros de producir y requieren un suministro constante de hidrógeno puro. Las pilas de combustible PEM son una tecnología prometedora para un futuro sostenible, pero aún quedan desafíos por superar.
2. Celdas de combustible de óxido sólido (SOFC)
En las SOFC se utiliza un electrolito de óxido sólido para convertir el combustible en electricidad, con calor producido como subproducto. Las SOFC se pueden usar en aplicaciones estacionarias, como energía de edificios o generación de energía de respaldo.
A diferencia de la mayoría de los otros tipos de celdas de combustible, las SOFC pueden tener múltiples geometrías.
©gstraub/Shutterstock.com
Las SOFC tienen la ventaja de una alta eficiencia y la capacidad de utilizar una variedad de combustibles. Sin embargo, funcionan a altas temperaturas, lo que puede resultar costoso y difícil de mantener. Las SOFC son un desarrollo sorprendente para la energía sostenible, y se están realizando investigaciones para mejorar su rendimiento y reducir los costos.
3. Celdas de combustible de carbonato fundido (MCFC)
Las MCFC convierten el combustible en electricidad utilizando un electrolito de carbonato fundido, produciendo dióxido de carbono y calor como subproductos. Los MCFC se utilizan con frecuencia en aplicaciones estacionarias, como alimentar hospitales o fábricas.
Las celdas de combustible de carbonato fundido no son propensas al envenenamiento por monóxido de carbono o dióxido de carbono.
©gstraub/Shutterstock.com
La capacidad de las MCFC para usar una variedad de combustibles, incluidos el biogás y el gas natural, es una de sus ventajas. Sin embargo, funcionan a altas temperaturas y pueden costar bastante. Los MCFC son una tecnología importante para la energía sostenible y se están realizando investigaciones en curso para mejorar su rendimiento y reducir sus costos.
4. Celdas de combustible de metanol directo (DMFC)
Las DMFC convierten el combustible en electricidad utilizando un electrolito de metanol líquido, lo que produce agua y dióxido de carbono como resultado. Los DMFC se usan con frecuencia en aplicaciones portátiles como alimentar dispositivos electrónicos o vehículos pequeños.
La simplicidad y la capacidad de usar combustible líquido son dos ventajas de los DMFC, pero tampoco son muy eficientes y aún son relativamente costosos. Los DMFC son una importante tecnología de energía sostenible, y se están realizando investigaciones para mejorar su rendimiento y reducir sus costos.
5. Celdas de combustible alcalinas (AFC)
Las AFC convierten el combustible en electricidad utilizando un electrolito de hidróxido de potasio, con agua como subproducto. Debido a su alta eficiencia y bajo peso, los AFC se usan con frecuencia en aplicaciones espaciales como la alimentación de naves espaciales o satélites.
Los AFC tienen la ventaja de ser altamente eficientes y capaces de operar a bajas temperaturas, pero no lo son. muy duradero y reacciona fácilmente con el dióxido de carbono. Los AFC son una tecnología de energía sostenible prometedora, y se están realizando investigaciones para abordar sus inconvenientes y ampliar sus aplicaciones prácticas.
6. Celdas de combustible de ácido fosfórico (PAFC)
Las PAFC convierten el combustible en electricidad utilizando un electrolito de ácido fosfórico, con calor y agua como subproductos. Debido a su alta eficiencia y durabilidad, los PAFC se utilizan con frecuencia en centrales eléctricas estacionarias o sistemas de cogeneración.
Las pilas de combustible de ácido fosfórico utilizan ácido fosfórico líquido como electrolito.
©zizou7/Shutterstock.com
Los PAFC tienen la ventaja de ser pueden operar a altas temperaturas, pero también necesitan un sistema complicado para evitar fugas de ácido fosfórico. Los PAFC son una tecnología madura que ha estado disponible comercialmente desde la década de 1980, con investigaciones en curso para mejorar su rendimiento y reducir los costos.
7. Pilas de combustible regenerativo (RFC)
Las celdas de combustible regenerativo (RFC) son un tipo de celda de combustible que puede producir electricidad y almacenarla para su uso posterior. Funcionan invirtiendo la reacción de la celda de combustible, lo que les permite recargar y almacenar energía como combustibles químicos.
Los RFC tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales, especialmente en sistemas de energía renovable. Se pueden usar junto con paneles solares o turbinas eólicas para almacenar energía para usar cuando el sol no brilla o el viento no sopla. También se pueden usar en automóviles para aumentar la eficiencia y reducir las emisiones.
Los RFC tienen la ventaja de poder almacenar energía durante períodos de tiempo más prolongados que otros tipos de celdas de combustible. También se pueden utilizar para capturar y almacenar el exceso de energía que, de otro modo, se desperdiciaría. Lamentablemente, las RFC son actualmente más caras y menos eficientes que otros tipos de pilas de combustible, lo que limita su uso generalizado.
8. Celdas de combustible microbianas (MFC)
Las celdas de combustible microbianas (MFC) son dispositivos que convierten la materia orgánica en electricidad utilizando microorganismos. Las bacterias en los MFC degradan la materia orgánica y generan electrones, que son capturados por un electrodo y se usan para generar electricidad.
Los MFC podrían usarse en el tratamiento de aguas residuales, el monitoreo ambiental y la alimentación de sensores remotos. También pueden generar electricidad a partir de biomasa, como desechos agrícolas o desechos de alimentos.
Los MFC tienen la ventaja de poder tratar las aguas residuales y, al mismo tiempo, producir electricidad. Además, los MFC pueden operar a bajas temperaturas y no requieren catalizadores costosos. Los MFC, por otro lado, tienen densidades de energía bajas y aún no son rentables para la generación de energía a gran escala.
9. Pilas de combustible de zinc-aire (ZAFC)
El ánodo de las pilas de combustible de zinc-aire (ZAFC) es zinc y el cátodo es oxígeno del aire. Cuando el zinc reacciona con el oxígeno, se produce electricidad, agua y óxido de zinc.
Los ZAFC se usan con frecuencia en dispositivos pequeños, como audífonos, porque tienen una batería de mayor duración que las baterías tradicionales. También se está trabajando en ellos para su uso en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía de red.
La principal ventaja de los ZAFC es su alta densidad de energía, lo que les permite almacenar una gran cantidad de energía en un pequeño cantidad de espacio. También son ecológicos y tienen una larga vida útil. Sin embargo, son más caras de fabricar y no son tan eficientes como otros tipos de pilas de combustible.
10. Baterías de flujo (FBFC)
Las baterías de flujo (FBFC) son baterías recargables que almacenan energía en soluciones químicas contenidas en tanques externos. Las soluciones pasan a través de una membrana y reaccionan para producir electricidad.
Los FBFC se utilizan con frecuencia en aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala, como sistemas de energía renovable, energía de respaldo a escala de red y vehículos eléctricos.
Una de las ventajas de los FBFC es su capacidad de ampliarse o reducirse fácilmente para satisfacer las necesidades específicas de almacenamiento de energía de una aplicación específica. También duran más y pueden soportar altas temperaturas sin degradarse. Sin embargo, las FBFC son más costosas de producir y mantener que otras tecnologías de baterías, y su densidad de energía es menor.
11. Celdas de combustible de cerámica protónica (PCFC)
Las celdas de combustible de cerámica protónica (PCFC) son un tipo de celda de combustible de óxido sólido que utiliza un electrolito conductor de protones. Está hecho de cerámica y permite el paso de protones o iones de hidrógeno cargados positivamente.
Los PCFC se utilizan principalmente en la generación de energía industrial a gran escala, como plantas de energía estacionarias y sistemas combinados de calor y energía (CHP).. También se están desarrollando para aplicaciones de transporte, como la alimentación de autobuses y trenes.
Uno de los principales beneficios de los PCFC es que son muy eficientes y pueden operar a altas temperaturas. Esto permite una conversión más eficiente de la energía química en energía eléctrica. Sin embargo, pueden ser costosos de fabricar y requieren un control preciso de la temperatura para evitar dañar los materiales cerámicos.
12. Celdas de combustible de carbono directo (DCFC)
Las celdas de combustible de carbono directo (DCFC) son un tipo de celda de combustible que utiliza carbono sólido en lugar de hidrógeno como combustible. Para generar electricidad, el carbono reacciona con el oxígeno del aire.
Aunque los DCFC aún se encuentran en etapa experimental, tienen el potencial de usarse en la generación de energía, la captura de carbono e incluso convertir directamente el dióxido de carbono en electricidad.
Una ventaja de los DCFC es que pueden ser más eficientes que otros tipos de celdas de combustible. Sin embargo, enfrentan dificultades tales como altas temperaturas de operación, deposición de carbono y durabilidad limitada. Además, el uso de carbono como combustible plantea preocupaciones sobre las emisiones de carbono y la sostenibilidad a largo plazo.
13. Celdas de biocombustible enzimáticas (EBFC)
Las celdas de biocombustible enzimáticas (EBFC) son un tipo de celda de biocombustible que cataliza la oxidación del combustible mediante enzimas. Las enzimas, como el cuerpo humano, actúan como catalizadores para ayudar a descomponer el combustible y producir energía. Los compuestos orgánicos, como la glucosa u otras sustancias que pueden ser oxidadas por enzimas, se pueden usar como combustible.
Los EBFC tienen numerosas aplicaciones potenciales, incluida la alimentación de dispositivos médicos, sensores y otros dispositivos electrónicos portátiles. También se pueden usar para monitorear el medio ambiente generando energía a partir de compuestos orgánicos en el suelo o el agua. Además, los EBFC se pueden usar en áreas remotas donde las fuentes de energía tradicionales no están disponibles.
Uno de los principales beneficios de los EBFC es que son amigables con el medio ambiente y utilizan recursos renovables. También pueden ser de bajo costo y livianos, lo que los hace adecuados para aplicaciones portátiles.
Actualmente tienen una potencia de salida y una eficiencia limitadas, lo que los hace inadecuados para aplicaciones a gran escala. Además, las enzimas utilizadas en las EBFC pueden ser costosas e inestables, lo que afecta su rendimiento con el tiempo.
14. Células fotoelectroquímicas (PEC)
Las células fotoelectroquímicas (PEC) utilizan procesos fotoelectroquímicos para convertir la energía solar en energía eléctrica. Por lo general, un electrodo semiconductor se sumerge en una solución electrolítica y se ilumina con luz para generar una fotocorriente.
La PEC se puede usar para generar hidrógeno a través de la fotoelectrólisis del agua, así como para la generación de combustible solar y el tratamiento de aguas residuales.
Los beneficios de PEC incluyen su alta eficiencia y potencial de bajo costo, así como su capacidad para operar tanto en condiciones ácidas como básicas. Una desventaja es la escasez de materiales adecuados, así como su susceptibilidad a la corrosión.
15. Células termofotovoltaicas (TPV)
TPV, o células termofotovoltaicas, generan electricidad al absorber calor y luego emitir luz. TPV se puede utilizar para generar energía en áreas remotas o fuera de la red, así como para sondas espaciales y equipos militares. La alta eficiencia y el bajo mantenimiento son ventajas, mientras que el alto costo y la escalabilidad limitada son desventajas.
Usos de los diferentes tipos de tecnologías de celdas de combustible
Celdas de combustible alcalinas (AFC): en la década de 1960, la NASA usó AFC para alimentar naves espaciales, y todavía se usan hoy en día para energía de respaldo y otras aplicaciones. Celdas de combustible de membrana de electrolito de polímero (PEMFC): las PEMFC se utilizan para impulsar vehículos, sistemas de energía de respaldo y dispositivos electrónicos portátiles, como computadoras portátiles y teléfonos celulares. Celdas de combustible de ácido fosfórico (PAFC): las PAFC se utilizan para proporcionar energía de respaldo durante apagones en hospitales, hoteles y otros edificios. Células de combustible de carbonato fundido (MCFC): debido a que las MCFC pueden generar electricidad a partir de gas natural y biogás, se pueden usar para alimentar hogares y negocios. SOFC (células de combustible de óxido sólido): las SOFC se utilizan para generar electricidad en aplicaciones estacionarias como hogares, empresas e incluso centros de datos. Celdas de combustible de metanol directo (DMFC): las DMFC se utilizan en telecomunicaciones y sistemas de monitoreo remoto como energía de respaldo.
Más usos
RFC (células de combustible regenerativas): las RFC se utilizan en la exploración espacial y otras aplicaciones en las que se debe generar y almacenar energía para su uso posterior. Celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC): al igual que las AFC, las PEMFC se utilizan para energía de respaldo y otras aplicaciones que requieren una fuente constante de electricidad. Celdas de combustible de aire y metal (MAFC): aunque las MAFC tienen el potencial de usarse en vehículos eléctricos, aún se encuentran en la etapa de investigación y desarrollo. Celdas de combustible bioelectroquímicas (BFC): debido a que las BFC pueden generar electricidad a partir de aguas residuales, son útiles en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Celdas de combustible microbianas (MFC): las MFC producen electricidad a partir de materiales de desecho orgánicos, como restos de comida y aguas residuales, lo que las hace útiles para el tratamiento de desechos y otras aplicaciones. Los ZAFC se utilizan en audífonos y otros dispositivos electrónicos pequeños que requieren una fuente de energía liviana y de larga duración. Baterías de flujo (FBFC): las FBFC son sistemas de almacenamiento de energía a gran escala que se utilizan en redes eléctricas y otras aplicaciones. Celdas de combustible de cerámica protónica (PCFC): las PCFC tienen el potencial de usarse en la generación de energía en áreas remotas donde el acceso al combustible es limitado. Células de biocombustible enzimáticas (EBFC): aunque aún se encuentran en la etapa de investigación y desarrollo, las EBFC tienen el potencial de usarse en implantes médicos y otros dispositivos electrónicos pequeños.
Conclusión
Las pilas de combustible son una tecnología prometedora para convertir energía de una manera limpia y eficiente. PEMFC, SOFC, PAFC, RFC, MFC, ZAFC, FBFC, PCFC, DCFC, EBFC, PEC y TPV fueron los tipos de tecnologías de celdas de combustible que se analizan en este artículo.
Las celdas de combustible tienen un potencial prometedor futuro porque tienen el potencial de revolucionar el transporte y la generación de energía. Todavía se requiere más investigación y desarrollo para superar desafíos como el costo y la durabilidad.
Los gobiernos, las instituciones de investigación y las empresas privadas deben invertir en el desarrollo de tecnología de celdas de combustible para acelerar la comercialización y marcar el comienzo de una energía más limpia y sostenible. futuro.
15 Tipos de tecnologías de celdas de combustible Preguntas frecuentes (Preguntas frecuentes)
¿Cuáles son los cuatro tipos de celdas de combustible?
Hay cuatro tipos principales de celdas de combustible: celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC), celdas de combustible de óxido sólido (SOFC), celdas de combustible alcalinas (AFC) y celdas de combustible de ácido fosfórico (PAFC).
Estas celdas de combustible utilizan diferentes materiales y procesos para generar electricidad. PEMFC usa una membrana de polímero, mientras que SOFC usa un electrolito cerámico sólido. A
FC usa una solución de hidróxido de potasio y PAFC usa ácido fosfórico. Cada tipo de celda de combustible tiene sus ventajas y desventajas, lo que las hace adecuadas para diferentes aplicaciones.
Por ejemplo, las PEMFC se usan a menudo en vehículos, mientras que las SOFC se usan en centrales eléctricas estacionarias. AFC se usa en misiones espaciales y PAFC se usa en entornos industriales.
¿Qué son las tecnologías de celdas de combustible?
Las tecnologías de celdas de combustible convierten la energía química en eléctrica energía para generar electricidad. Para generar electricidad, las celdas de combustible utilizan una reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno, con agua y calor como subproductos.
Celdas de combustible de membrana de intercambio de protones, celdas de combustible de óxido sólido, celdas de combustible de metanol directo y otros tipos de combustible existen células. Cada tipo tiene su propio conjunto de características y aplicaciones, pero todos funcionan con el mismo principio básico de producir electricidad a través de una reacción química.
Las celdas de combustible tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales, que incluyen la alimentación de vehículos, hogares y dispositivos electrónicos. Se consideran una alternativa más ecológica y eficiente a las fuentes de energía tradicionales basadas en combustibles fósiles.
¿Cuál es la mejor tecnología de pilas de combustible?
Es difícil decir qué tecnología de pila de combustible es la mejor porque cada una tiene sus propias ventajas e inconvenientes. La mejor tecnología de pila de combustible para una aplicación específica está determinada por los requisitos de la aplicación. Por ejemplo, las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) pueden ser la mejor opción si la aplicación requiere alta eficiencia y larga vida.
Si la portabilidad y el bajo costo son importantes, las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) o las celdas de combustible de metanol (DMFC) pueden ser más adecuadas. Como resultado, la mejor tecnología de pilas de combustible está determinada por los requisitos específicos de la aplicación.
¿Cuáles son los 6 tipos diferentes de pilas de combustible?
Polímero electrolito Las celdas de combustible de membrana (PEM), las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC), las celdas de combustible de metanol directo (DMFC), las celdas de combustible alcalinas (AFC), las celdas de combustible de ácido fosfórico (PAFC) y las celdas de combustible de carbonato fundido son algunos de los tipos más comunes. de celdas de combustible (MCFC).
Los materiales utilizados en estas celdas de combustible, así como sus temperaturas de operación y eficiencia, varían. Cada tipo de pila de combustible tiene ventajas y desventajas, así como aplicaciones para las que es más adecuada. La mejor tecnología de celdas de combustible está determinada por factores como la aplicación prevista, el costo y la disponibilidad de materiales.
¿Existen cinco tipos principales de celdas de combustible?
No, no hay exactamente cinco tipos diferentes de celdas de combustible. Existen celdas de combustible alcalinas, celdas de combustible de ácido fosfórico, celdas de combustible de membrana de intercambio de protones, celdas de combustible de óxido sólido, celdas de combustible de metanol directo y otros tipos de celdas de combustible.
La cantidad exacta de tipos puede variar según el categorización utilizada, ya que algunos expertos pueden agrupar tipos similares de celdas de combustible en una categoría más amplia o diferenciarlos aún más en función de sus características únicas.
Es importante tener en cuenta que cada tipo de celda de combustible tiene su propio conjunto de ventajas y desventajas, y su idoneidad está determinada por la aplicación y las necesidades específicas.