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Pila de combustible

1838
  • William Grove
Uno de los primeros dispositivos de pila de combustible, creado por William Grove, que muestra los principios electroquímicos de la química física.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte directamente la energía química de un combustible, generalmente hidrógeno, y un agente oxidante, a menudo oxígeno, en electricidad. A diferencia de una batería, requiere un suministro externo continuo de combustible y oxidante para funcionar. Los componentes principales son un ánodo, un cátodo y un electrolito que los separa, facilitando el transporte de iones.

El funcionamiento fundamental de una pila de combustible implica dos reacciones redox simultáneas. En el ánodo (el electrodo negativo), el combustible (por ejemplo, hidrógeno) se oxida, liberando electrones y creando iones positivos. Para una combustible de hidrógeno cell, this reaction is [latex]2H_2 \rightarrow 4H^+ + 4e^-[/latex]. These electrons cannot pass through the electrolyte; instead, they are forced to travel through an external circuit, creating a usable electric current. The ions, however, migrate through the electrolyte to the cathode (the positive electrode). At the cathode, the oxidizing agent (e.g., oxygen from the air) reacts with the incoming ions and electrons to form a waste product, which is typically water in a hydrogen fuel cell. The cathode reaction is [latex]O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O[/latex].

Este proceso es una conversión directa de energía, que transforma la energía potencial química directamente en energía eléctrica sin una combustión intermedia. Esta es una ventaja clave sobre los motores térmicos tradicionales (como los de combustión interna), que están limitados por el ciclo de Carnot y pierden una cantidad significativa de energía como calor residual. El electrolito es un componente crucial, ya que sus propiedades definen el tipo de pila de combustible. Debe ser un excelente conductor para el ion específico que está diseñado para transportar (p. ej., protones, iones hidróxido u iones óxido), pero un mal conductor para los electrones, lo que evita que la pila se cortocircuite internamente.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Química física

Tipo

Dispositivo físico

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • descubrimiento del hidrógeno por Henry Cavendish (1766)
  • descubrimiento del oxígeno por Joseph Priestley y Carl Wilhelm Scheele (c. 1774)
  • invención de la pila voltaica Por Alessandro Volta (1800)
  • formulation of the laws of electrólisis by Michael Faraday (1833)

Aplicaciones

  • propulsión automotriz (FCEV)
  • generación de energía estacionaria
  • dispositivos de energía portátiles
  • Sistemas de energía de respaldo para centros de datos y telecomunicaciones
  • Energía para naves espaciales y ubicaciones remotas

Patentes:

  • US391381A (Francis Bacon, 1959, for alkaline fuel cell)

Ideas para posibles innovaciones

  • Pilas de combustible miniaturizadas para dispositivos médicos implantables
  • Drones propulsados ​​por pilas de combustible con tiempos de vuelo prolongados
  • Unidades de pilas de combustible residenciales que proporcionan electricidad y agua caliente a partir de gas natural.
  • flexible, wearable fuel cells integrated into textiles to power personal electronics
  • Granjas de pilas de combustible a gran escala para la estabilización de la red y el almacenamiento de energía
  • células de biocombustible que generan electricidad a partir de residuos orgánicos
  • Pilas de combustible reversibles para el almacenamiento y la generación integrados de energía en hogares fuera de la red eléctrica
  • Pilas de combustible diseñadas para entornos extremos, como la exploración de aguas profundas o los exploradores planetarios.
  • Pilas de combustible personalizadas impresas en 3D para aplicaciones especializadas
  • Pilas de combustible que utilizan vapor de agua atmosférico como fuente para la producción de hidrógeno mediante electrólisis integrada.
Relacionado con: pila de combustible, electroquímica, hidrógeno, oxígeno, ánodo, cátodo, electrolito, reacción redox, conversión directa de energía, William Grove.

Contexto histórico

Pila de combustible

1832
1834
1835
1838
1841
1845
1850
1831
1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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