Hidrogenia

Historia de las pilas de combustible

Las pilas de combustible son conocidas en la comunidad científica desde hace unos 150 años. Comenzaron a explorarse en el siglo XIX y se han investigado exhaustivamente durante la segunda mitad del siglo XX y principios del XXI. En la Figura 1 se muestra un resumen de la historia de las pilas de combustible.
Figura 1: La historia de las pilas de combustible.
En 1800, William Nicholson y Anthony Carlisle describieron el proceso de utilizar electricidad para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. A William Grove se le atribuye la primera demostración conocida de la pila de combustible en 1839. Grove vio notas de Nicholson y Carlisle y pensó que podría “recomponer el agua” combinando electrodos en un circuito en serie, y pronto lo logró con un dispositivo llamado “gas”. batería.» Funcionó con electrodos de platino separados en oxígeno e hidrógeno sumergidos en una solución electrolítica de ácido sulfúrico diluido. Los contenedores sellados contenían agua y gases, y observó que el nivel del agua subía en ambos tubos a medida que fluía la corriente. El dispositivo recibió el sobrenombre de «celda Grove» y consistía en un electrodo de platino sumergido en ácido nítrico y un electrodo de zinc sumergido en sulfato de zinc. Generó alrededor de 12 amperios de corriente a aproximadamente 1,8 voltios.
Friedrich Wilhelm Ostwald (1853-1932), uno de los fundadores de la química física, aportó una parte importante de la comprensión teórica de las pilas de combustible. En 1893, Ostwald determinó experimentalmente el papel de muchos componentes de las pilas de combustible.
Ludwig Mond (1839-1909) fue un químico que dedicó la mayor parte de su carrera a desarrollar la fabricación de refrescos y el refinado de níquel. En 1889, Mond y su asistente Carl Langer realizaron numerosos experimentos utilizando un gas derivado del carbón. Usaron electrodos hechos de platino delgado y perforado y tuvieron muchas dificultades con los electrolitos líquidos. Consiguieron seis amperios por pie cuadrado (el área del electrodo) a 0,73 voltios.
Charles R. Alder Wright (1844–1894) y C. Thompson desarrollaron una pila de combustible similar casi al mismo tiempo. Tuvieron dificultades para evitar que los gases se filtraran de una cámara a otra. Las fugas y algunos otros defectos de diseño impidieron que la batería alcanzara voltajes de hasta 1 voltio. Wright y Thompson sintieron que si tuvieran más financiación, podrían crear una celda más robusta que proporcionaría electricidad adecuada para muchas aplicaciones.
El equipo francés de Louis Paul Cailleteton (1832-1913) y Louis Joseph Colardeau llegó a una conclusión similar, pero pensó que el proceso electroquímico de la pila de combustible no era práctico debido a que necesitaba «metales preciosos». Además, muchos artículos publicados durante ese período decían que el carbón era extremadamente barato, por lo que un nuevo sistema con mayor eficiencia no reduciría drásticamente los precios de la electricidad.
William W. Jacques (1855-1932), ingeniero eléctrico y químico, no prestó atención a estas críticas y sorprendió al mundo científico al construir una “batería de carbono” en 1896. Se inyectó aire en un electrolito alcalino para que reaccionara con un carbono. electrodo. Pensó que estaba logrando una eficiencia del 82 por ciento, pero sólo obtuvo una eficiencia del 8 por ciento.
Emil Baur (1873-1944) de Suiza y varios de sus estudiantes realizaron muchos experimentos con diferentes tipos de pilas de combustible a principios del siglo XX. Trabajó en dispositivos de alta temperatura y en una unidad que utilizaba un electrolito sólido de arcilla y óxidos metálicos.
O. K. Davtyan, de la Unión Soviética, realizó muchos experimentos para aumentar la conductividad y la resistencia mecánica del electrolito en la década de 1940. Muchos de los diseños no produjeron los resultados deseados, pero el trabajo de Davtyan y Baur contribuyó a la investigación preliminar necesaria para los dispositivos actuales de pila de combustible de carbonato fundido (MCFC) y pila de combustible de óxido sólido (SOFC).
Publicado por la Dra. Colleen Spiegel
La Dra. Colleen Spiegel es consultora en redacción técnica y modelos matemáticos (presidenta de SEMSCIO) y profesora con un doctorado. y una maestría en Ingeniería. Tiene diecisiete años de experiencia en ingeniería, estadística, ciencia de datos, investigación y redacción técnica para muchas empresas como consultora, empleada y propietaria de un negocio independiente. Es autora de «Diseño y construcción de pilas de combustible» (McGraw-Hill, 2007) y «Modelado y simulación de pilas de combustible PEM utilizando MATLAB» (Elsevier Science, 2008). Anteriormente fue propietaria de Clean Fuel Cell Energy, LLC, que era una organización de pilas de combustible que prestaba servicios a científicos, ingenieros y profesores de todo el mundo.