Principio de funcionamiento y ventajas de la pila de combustible de hidrógeno

Celda de combustibleUna pila de combustible es un tipo de dispositivo de conversión de energía que transforma la energía electroquímica del combustible en energía eléctrica. Se denomina pila de combustible porque, junto con la batería, es un dispositivo de generación de energía electroquímica. Una pila de combustible que utiliza hidrógeno como combustible se llama pila de combustible de hidrógeno. El proceso de reacción de la pila de combustible de hidrógeno se basa en la electrólisis del agua para producir hidrógeno y oxígeno. Este proceso es limpio y eficiente. La pila de combustible de hidrógeno no está limitada por la eficiencia térmica del 42 % del ciclo de Carnot, utilizado en los motores de automóviles tradicionales, y puede alcanzar más del 60 %.

A diferencia de los cohetes, las pilas de combustible de hidrógeno generan energía cinética mediante la reacción violenta de la combustión de hidrógeno y oxígeno, y liberan la energía libre de Gibbs del hidrógeno a través de dispositivos catalíticos. La energía libre de Gibbs es una energía electroquímica que involucra la entropía y otras teorías. El principio de funcionamiento de una pila de combustible de hidrógeno consiste en que el hidrógeno se descompone en iones de hidrógeno (es decir, protones) y electrones a través del catalizador (platino) en el electrodo positivo de la celda. Los iones de hidrógeno pasan a través de la membrana de intercambio de protones hacia el electrodo negativo, donde reaccionan con el oxígeno para formar agua y calor. Los electrones correspondientes fluyen del electrodo positivo al negativo a través del circuito externo para generar energía eléctrica.

En elpila de celdas de combustibleEn este proceso se produce la reacción entre hidrógeno y oxígeno, con transferencia de carga y generación de corriente eléctrica. Al mismo tiempo, el hidrógeno reacciona con el oxígeno para producir agua.
Como plataforma de reacción química, el núcleo tecnológico clave de una pila de combustible es la membrana de intercambio de protones. Los dos lados de esta membrana están en contacto con la capa catalizadora para descomponer el hidrógeno en iones cargados. Debido al pequeño tamaño de la molécula de hidrógeno, los electrones que la transportan pueden desplazarse hacia el otro extremo a través de los diminutos poros de la membrana. Sin embargo, durante este proceso, los electrones se desprenden de las moléculas, dejando únicamente los protones de hidrógeno con carga positiva para que lleguen al otro extremo a través de la membrana.
protones de hidrógenoLos iones de hidrógeno son atraídos hacia el electrodo situado al otro lado de la película y se combinan con moléculas de oxígeno. Las placas de los electrodos a ambos lados de la película dividen el hidrógeno en iones de hidrógeno positivos y electrones, y dividen el oxígeno en átomos de oxígeno para capturar electrones y convertirlos en iones de oxígeno (carga eléctrica negativa). Los electrones generan una corriente entre las placas de los electrodos, y dos iones de hidrógeno y un ion de oxígeno se combinan para formar agua, que se convierte en el único "desperdicio" del proceso de reacción. En esencia, todo el proceso operativo es un proceso de generación de energía. Con el avance de la reacción de oxidación, los electrones se transfieren continuamente para generar la corriente necesaria para impulsar el vehículo.