1. LAS CELDAS DE COMBUSTIBLE
Una pila de combustible, también llamada célula o celda de combustible es un
dispositivo electroquímico de conversión de energía similar a una batería, pero se
diferencia de esta última en que está diseñada para permitir el reabastecimiento
continuo de los reactivos consumidos; es decir, produce electricidad de una fuente
externa de combustible y de oxígeno en contraposición a la capacidad limitada de
almacenamiento de energía que posee una batería. Además, los electrodos en una
batería reaccionan y cambian según cómo esté de cargada o descargada; en cambio,
en una celda de combustible los electrodos son catalíticos y relativamente estables.
Los reactivos típicos utilizados en una celda de combustible son hidrógeno en el lado
del ánodo y oxígeno en el lado del cátodo (si se trata de una celda de hidrógeno). Por
otra parte las baterías convencionales consumen reactivos sólidos y, una vez que se
han agotado, deben ser eliminadas o recargadas con electricidad. Generalmente, los
reactivos "fluyen hacia dentro" y los productos de la reacción "fluyen hacia fuera". La
operación a largo plazo virtualmente continua es factible mientras se mantengan estos
flujos.
El fabricante de automóviles japonés Honda, la única firma que ha obtenido la
homologación para comercializar su vehículo impulsado por este sistema, el FCX
Clarity, en Japón y Estados Unidos, ha desarrollado también la Home Energy Station,
(HES), un sistema autónomo y doméstico que permite obtener hidrógeno a partir de
energía solar para repostar vehículos de pila de combustible y aprovechar el proceso
para generar electricidad y agua caliente para el hogar.
Tecnología
En el ejemplo típico de una célula de membrana intercambiadora de
protones (o electrolito polimérico) hidrógeno/oxígeno de una celda de combustible
(PEMFC, en inglés: proton exchange membrane fuel cell), una membrana polimérica
conductora de protones (el electrolito), separa el lado del ánodo del lado del cátodo.
En el lado del ánodo, el hidrógeno que llega al ánodo catalizador se disocia
en protones y electrones. Los protones son conducidos a través de la membrana al
cátodo, pero los electrones están forzados a viajar por un circuito externo
(produciendo energía) ya que la membrana está aislada eléctricamente. En el
catalizador del cátodo, las moléculas del oxígeno reaccionan con los electrones
(conducidos a través del circuito externo) y protones para formar el agua. En este
ejemplo, el único residuo es vapor de agua o agua líquida. Es importante mencionar
que para que los protones puedan atravesar la membrana, esta debe estar
convenientemente humidificada dado que la conductividad protónica de las
membranas poliméricas utilizadas en este tipo de pilas depende de la humedad de la

2. membrana. Por lo tanto, es habitual humidificar los gases previamente al ingreso a la
pila.
Además de hidrógeno puro, también se tiene el hidrógeno contenido en otras
moléculas de combustibles incluyendo el diésel, metanol (véase DMFC) y los hidruros
químicos, el residuo producido por este tipo de combustibles además de agua
es dióxido de carbono, entre otros.
Aplicaciones
Las celdas de combustible son muy útiles como fuentes de energía en lugares
remotos, como por ejemplo naves espaciales, estaciones meteorológicas alejadas,
parques grandes, localizaciones rurales, y en ciertos usos militares. Un sistema con
celda de combustible que funciona con hidrógeno puede ser compacto, ligero y no
tiene piezas móviles importantes.
Aplicaciones de cogeneración (uso combinado de calor y electricidad) para viviendas,
edificios de oficinas y fábricas. Este tipo de sistema genera energía eléctrica de
manera constante (vendiendo el exceso de energía a la red cuando no se consume), y
al mismo tiempo produce aire y agua caliente gracias al calor que desprende. Las
celdas de combustible de Ácido fosfórico (PAFC Phosphoric-Acid Fuel Cells) abarcan
el segmento más grande de aplicaciones de cogeneración en todo el mundo y pueden
proporcionar eficacias combinadas cercanas al 80% (45-50% eléctrico + el resto como
térmica). El mayor fabricante de células de combustible de PAFC es UTC Power, una
división de United Technologies Corporation. También se utilizan celdas de
combustible de carbonato Fundido (MCFC Molten Carbonate Fuel Cell) con fines
idénticos, y existen prototipos de celdas de óxido sólido (SOFC Solid-Oxide Fuel Cell).
Los sistemas electrolizadores no almacenan el combustible en sí mismos, por lo que
necesitan de unidades de batería externas, lo que supone un problema serio para
áreas rurales. En este caso, las baterías tienen que ser de gran tamaño para satisfacer
la demanda del almacenaje, pero aun así esto supone un ahorro con respecto a los
dispositivos eléctricos convencionales.
Existe un programa experimental en Stuart Island en el estado de Washington, donde
la compañía Stuart Island Energy Initiative ha construido un sistema completo en el
cual los paneles solares generan la corriente para hacer funcionar varios
electrolizadores que producen hidrógeno. Dicho hidrógeno se almacena en un tanque
de 1900 litros, a una presión de 10 a 80 bar. Este combustible finalmente se utiliza
para hacer funcionar una celda de combustible de hidrógeno de 48 V ReliOn que
proporciona suficiente energía eléctrica para fines residenciales en la isla (véase el
enlace externo a SIEI. ORG).
Protium, una banda de rock formada en la Ponaganset High School, en Glocester, fue
el primer conjunto musical del mundo en utilizar celdas de combustible de hidrógeno
para proveerse de energía. La banda utilizaba un Airgen Fuelcell de 1kW Ballard
Power systems. El conjunto ha tocado en numerosos eventos relacionados con las

3. celdas de combustible incluyendo el CEP de Connecticut, y el 2003 Fuel Cell Seminar
en Miami beach.
Plug Power Inc. es otra compañía importante en el diseño, desarrollo y fabricación de
celdas de combustible PEM para aplicaciones estacionarias, incluyendo productos
dirigidos a las telecomunicaciones, energía básica, y aplicaciones de cogeneración.
Otros usos
 Plantas de potencia
 Vehículos Eléctricos
 Sistemas Auxiliares de Energía
 Sistemas de apoyo a la red eléctrica
En la actualidad, los mayores problemas residen en los materiales de soporte y de
catálisis. Según diversos autores (Venkatachalapathy, Davila et al. 1999), (Hoogers
2003), un material electro catalizador debe satisfacer varios requisitos. Necesita, en
primer lugar, alta eficiencia en la oxidación electroquímica del combustible en el
ánodo, (e.g. H2 o CH4) y para la reducción del O2 en el cátodo. Una elevada
durabilidad es también un requisito fundamental: se espera que las PEMFCs funcionen
al menos durante 10.000 horas. Es necesario que un electrocatalizador tenga una
buena conductividad eléctrica para reducir al mínimo las pérdidas por resistencia en la
capa del catalizador. Ha de tener finalmente un bajo coste de producción.