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A partir de la creciente demanda de energía sostenible, las celdas de combustible alcalina (AFC) se están volviendo cada vez más populares.Esta celda de combustible no solo puede ahorrar energía y reducir el carbono, sino que también tiene una eficiencia de conversión de hasta un 70%, lo que lo convierte en el foco de atención de todos los ámbitos de la vida.Las celdas de combustible alcalina usan hidrógeno y oxígeno puro como materias primas para generar agua potable, energía térmica y electricidad.
Las celdas de combustible alcalino se basan en reacciones redox para generar energía a través de la interacción entre hidrógeno y oxígeno.
El principio operativo del núcleo de las celdas de combustible alcalino implica la reacción molecular de hidrógeno y oxígeno.En el electrodo negativo, el hidrógeno se oxida y la reacción es como se describe a continuación:
Este proceso produce humedad y libera electrones, que fluyen al electrodo positivo con el circuito externo, donde sufre una reacción de reducción con el oxígeno:
Toda la reacción consume una molécula de oxígeno y dos moléculas de hidrógeno, produciendo dos moléculas de agua y libera simultáneamente electricidad y calor.
El electrolito de una celda de combustible alcalino suele ser una solución alcalina acuosa saturada, como el hidróxido de potasio (KOH).Sin embargo, tales sistemas son sensibles al dióxido de carbono (CO2).Si el dióxido de carbono está contenido en el aire, KOH puede convertirse en carbonato de potasio (K2CO3), lo que afecta el rendimiento de las celdas de combustible.Aunque CAD ha discutido sobre esto, no hay acuerdo entre los académicos.
Debido a la complejidad del proceso, muchos investigadores entienden que el problema de envenenamiento de las celdas de combustible alcalina puede ser irreversible o recuperable, dependiendo de la situación.
Las celdas de combustible alcalina se pueden dividir en dos categorías: electrolitos estáticos y electrolitos de flujo.Los electrolitos estáticos generalmente usan capas de aislamiento de asbesto con hidróxido de potasio saturado, que se puede reciclar después de que se forme el agua.En contraste, el diseño de electrolitos de flujo permite que el electrolito fluya entre electrodos, lo que puede manejar mejor la generación y eliminación del agua.
Las ventajas del diseño del sistema de hidróxido de litio radican en su bajo costo y la capacidad de reemplazar los electrolitos, aunque actualmente se opera principalmente en un entorno de oxígeno puro.Tal diseño reduce el costo de la selección de materiales porque el catalizador requerido puede usarse con metales no preciosos, y los materiales como el hierro o el cobre pueden utilizarse de manera efectiva.
La eficiencia eléctrica de las celdas de combustible alcalina es generalmente más alta que la de las celdas de combustible a base de electrolitos ácidos, gracias a las ventajas que aportan a la química.
En comparación con las celdas de combustible ácidas, las celdas de combustible alcalina tienen una mejor cinética electroquímica dentro del rango de temperatura de funcionamiento (a 90 ° C).En el uso de catalizadores, dado que el entorno alcalino puede promover la reacción de reducción de oxígeno y acelerar la oxidación del combustible, la demanda de catalizadores reduce el umbral para la selección y reduce los costos de producción.
En la actualidad, las celdas de combustible alcalina se ven bastante bien en el desarrollo comercial, y muchos productos nuevos se colocan constantemente en el mercado para fortalecer la aplicación de esta tecnología.Por ejemplo, algunas compañías han desarrollado una versión bipolar de la tecnología, que ha mejorado mucho el rendimiento.Esto sentó las bases para futuras aplicaciones, como el primer barco de combustible "Hydra", que utiliza el sistema AFC.
Además, la aparición de celdas de combustible alcalina sólidas, utilizando membranas de intercambio de aniones sólidos para reemplazar los electrolitos líquidos, resolvió con éxito el problema de la intoxicación, al tiempo que amplía el rango seguro de operación, lo que les permite usar portadores ricos en hidrógeno de manera efectiva, como soluciones de urea líquidas o complejos de amina de metal.
Sin embargo, con el avance de la tecnología de pilas de combustible alcalina, también debemos reflexionar sobre el futuro de esta tecnología.¿Puede ganar un lugar en el futuro mercado de energía renovable y convertirse en una opción de energía más amigable para el medio ambiente y eficiente?
