Las celdas de combustible generan electricidad a través de reacciones electroquímicas, ofreciendo una serie de beneficios como alta eficiencia, bajas emisiones y funcionamiento silencioso. A pesar de su potencial, la adopción de las celdas de combustible ha sido relativamente lenta.

Opciones de Combustible para las Celdas de Combustible:
Las celdas de combustible pueden operar con diversos combustibles, dependiendo del tipo de celda y su diseño. El combustible más común para las celdas de combustible es el gas de hidrógeno (H₂), que puede obtenerse de fuentes renovables como la electrólisis del agua o la reformación del gas natural. Las celdas de combustible de hidrógeno producen electricidad combinando hidrógeno y oxígeno, siendo el principal subproducto el vapor de agua.

Sin embargo, las celdas de combustible no se limitan al hidrógeno. Otras opciones de combustible incluyen metanol, etanol, gas natural e incluso combustibles de hidrocarburos como la gasolina o el diésel. Estos combustibles pueden convertirse en gas rico en hidrógeno a través de un proceso de reformado antes de ser utilizados en la celda de combustible. Esta flexibilidad permite un rango más amplio de aplicaciones y la utilización de la infraestructura de combustibles existente.

Tipos de Celdas de Combustible:
Las celdas de combustible de hidrógeno pueden operar con oxígeno puro (O₂) o aire. La elección de utilizar oxígeno puro o aire depende del tipo específico de celda de combustible y su aplicación.

• Oxígeno Puro: Algunos diseños de celdas de combustible, como las celdas de membrana de intercambio de protones (CMIP), suelen requerir oxígeno puro como oxidante. El oxígeno puro proporciona una mayor concentración del reactante, lo que permite un mejor rendimiento de la celda y una mayor eficiencia. Sin embargo, obtener oxígeno puro puede ser un desafío y requiere equipo adicional, como un sistema de separación de oxígeno o tanques de almacenamiento de oxígeno. Esto hace que las celdas de combustible de oxígeno puro sean más adecuadas para aplicaciones específicas como la exploración espacial o procesos industriales especializados.
• Aire: Muchos sistemas de celdas de combustible, incluidas las celdas de óxido sólido (COS) y las celdas alcalinas (CA), funcionan con aire ambiente como fuente de oxígeno. El aire ambiente contiene aproximadamente un 21% de oxígeno, que es suficiente para las reacciones electroquímicas en estas celdas de combustible. El uso de aire simplifica el diseño del sistema, elimina la necesidad de equipo adicional de separación de oxígeno y reduce la complejidad y el costo general del sistema. Cuando se utiliza aire como oxidante en las celdas de combustible de hidrógeno, se forman subproductos adicionales durante la reacción electroquímica. Además del vapor de agua, que es el principal subproducto de la operación de la celda de combustible, se pueden producir pequeñas cantidades de óxidos de nitrógeno (NOx) debido a las altas temperaturas de funcionamiento en algunos tipos de celdas de combustible, como las celdas de óxido sólido. Los óxidos de nitrógeno se forman a partir de la reacción del nitrógeno presente en el aire con el oxígeno a altas temperaturas. Sin embargo, los niveles de óxidos de nitrógeno generados en las celdas de combustible son significativamente más bajos que los producidos por procesos de combustión tradicionales, como los motores de combustión interna. Este tipo de celdas de combustible utiliza sistemas de reducción catalítica selectiva (SCR) u otras tecnologías de control de emisiones para reducir las emisiones de óxidos de nitrógeno.

Desventajas y Desafíos:

• Costo: La tecnología de celdas de combustible todavía es relativamente cara en comparación con los sistemas tradicionales de conversión de energía. El alto costo de los materiales, como los catalizadores de platino, y los complejos procesos de fabricación contribuyen al costo total de las celdas de combustible. Esto limita su adopción generalizada, especialmente en aplicaciones sensibles al costo.
• Infraestructura: Establecer una infraestructura integral para las celdas de combustible representa un desafío significativo. La producción, distribución y almacenamiento de hidrógeno u otras fuentes de combustible requieren un extenso desarrollo de infraestructura. La disponibilidad limitada de estaciones de repostaje de hidrógeno dificulta la viabilidad comercial de los vehículos de celdas de combustible y otras aplicaciones impulsadas por hidrógeno.
• Fuente y Almacenamiento de Combustible: El hidrógeno, el combustible más común para las celdas de combustible, no está disponible fácilmente en su forma pura y requiere procesos intensivos en energía para su producción. Además, el almacenamiento de hidrógeno presenta desafíos técnicos y de seguridad debido a su baja densidad de energía y alta inflamabilidad. Superar estos obstáculos es crucial para permitir una implementación generalizada de la tecnología de celdas de combustible.
• Durabilidad y Vida Útil: Los componentes de las celdas de combustible pueden degradarse con el tiempo, afectando su rendimiento y vida útil. Factores como la degradación del catalizador, la durabilidad de la membrana y la corrosión de los electrodos pueden afectar la durabilidad de las celdas de combustible, requiriendo un mantenimiento regular y el reemplazo de componentes.

Las celdas de combustible pueden operar con diversos combustibles, incluido el hidrógeno y los combustibles a base de hidrocarburos. Sin embargo, varios desafíos han impedido su adopción generalizada, incluidos los altos costos, las limitaciones de infraestructura, la disponibilidad de fuentes de combustible y las preocupaciones de durabilidad.