Pila de combustible

Desarrollan una pila de combustible de hidrógeno con decenas de veces más vida útil que las actuales

A pesar de ofrecer grandes prestaciones en cuestiones como la autonomía o los tiempos de recarga, una de las principales y poco conocidas limitaciones de las pilas de combustible de hidrógeno es su relativamente corta vida útil. Algo que frena su implantación en sectores industriales. Ahora un grupo de investigadores chino han logrado desarrollar un nuevo sistema que promete aumentar su durabilidad de forma sustancial.

El grupo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) han diseñado un nuevo sistema donde se utilizan electrocatalizadores formados por compuestos intermetálicos ultrapequeños a base de platino de aproximadamente 2 nm de tamaño.

Una combinación que permiten que las membranas de intercambio de protones mantengan el 81,5% de su capacidad de descarga después de 30.000 ciclos.

Según Ouyang Minggao, miembro de la Academia de Ciencias de China, en el sector de los coches privados, una vida útil de la batería de 1.000 ciclos sería suficiente, por lo que este avance abre las puertas al desarrollo de sistemas principalmente pensando en aplicaciones industriales, como el transporte pesado, donde la mayor duración del sistema permitirá rentabilizar antes su instalación gracias a una densidad de potencia que llega a los 530 mW / cm-2.

El uso de membranas de intercambio de protones además también permitirá ofrecer productos en sectores donde sea necesaria una mayor potencia de salida, por ejemplo en aviones, trenes, camiones o maquinaria pesada. Una combinación de durabilidad y potencia que abre las puertas a muchos sectores para su transición desde los combustibles fósiles.

Para el equipo que ha desarrollado el sistema, los compuestos intermetálicos a base de platino tienen ventajas como ofrecer mayor estabilidad debido a su estructura, y son el sistema catalizador de reducción de oxígeno comercial de celda de combustible de próxima generación. Algo que puede ayudar a solucionar alguno de los cuellos de botella que frenan el desarrollo de la tecnología actual.

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  • Esto es lo que tiene esta tecnología, un mantenimiento similar a los ICE´s. Aunque la membrana haya aumentado su vida útil, sigue habiendo muchos componentes de desgaste que te harán pasar igualmente por el taller cada 20.000km, con su respectiva factura de cambio de consumibles.
    Sigue estando varios pasos por detrás de los VEB. Aunque bienvenida sea toda tecnología que avance hacia una movilidad más sostenible.

    • Ah sí? Y cuáles son esos componentes de desgaste? ¿Cuántas horas dura a día de hoy una PEM de un fabricante reconocido?

      • Pues, no se lo que duraran, pero hay componentes extra que no existen en un coche de baterías , como las electroválvulas para el control de flujo de gases, el compresor de aire, para aportar el oxigeno, necesario, el regulador de presión para reducir la presión del Hidrógeno (que tiene que soportar bajas temperaturas por la expansión del Hidrógeno), filtros de gases, los sensores de flujo de gases, y la centralita electrónica encargada de controlarlo todo para adaptar la energía producida a la energía requerida .Elementos todos que incrementan las probabilidades de avería.

        • El H2 no se enfría cuando se expande, andas equivocado.
          El resto de elementos que mencionas, ¿Tienen más o menos fiabilidad que los sensores de corriente, tensión, BMS, chiller, conexiones, celdas... que una batería? A lo largo de la vida útil de un helicóptero, ¿Cuántos overhauls tendrías que hacer de las membranas y resto de elementos del balance de planta de la FC y de las celdas de la batería? ¿Tienes el cálculo LCC de ambas soluciones?

          • Repasa tus conocimientos de física , recuerda esta fórmula P.V/T es constante en todos los gases, si disminuye la presión , la temperatura tiene que disminuir, y el Hidrógeno no es una excepción.Y el problema de la bajada de temperatura es que vuelve a los metales y los plásticos quebradizos.
            Por lo demás que dices, resulta que el coche de Hidrogeno tiene también una batería, con lo que a los elementos que nombré hay que sumarle los que tu nombraste, y al tener muchos más elementos , el coche de Hidrógeno tiene más probabilidad de fallos.

          • Jajajajajaja no tengo que repasar nada, busca en google Joule-Thomson y mira que el H2 tiene un coeficiente negativo, te quedaste en los conocimientos generales: https://chemistry.stackexchange.com/questions/61517/reason-for-negative-joule-thomson-coefficient-of-helium-and-hydrogen-at-ntp-cond
            Adicionalmente la ley de los gases ideales es para eso, gases ideales, no gases reales. Cuando la temperatura y la presión cambian la densidad del H2 cambia, echa un vistazo a https://h2tools.org/hyarc/hydrogen-data/hydrogen-density-different-temperatures-and-pressures
            El embrittlement es causado por el hidrógeno además de por el frío, en frío no da problemas en el almacenamiento de H2 gaseoso (si en el caso del H2 licuado). Y para el hydrogen embrittlement hay soluciones hace años, se utiliza mucho hidrógeno en el mundo a día de hoy.
            La batería que tiene un vehículo de hidrógeno es mucho más sencilla y pequeña y la misión de la misma es completamente distinta a la de un coche eléctrico, de nuevo las teorías están muy bien pero sin estudios LCC no sirven de nada. De todos modos si desconoces los principios de la tecnología del H2 quizá no deberías meterte en temas más complejos...

      • Pues son muchos, más de los que imaginas. El sistema de membrana es mucho más complejo de lo que se describe, ya que se hace para simplificar. Pero ten en cuenta que la presión a la que se somete el hidrógeno en el depósito es muy alta, y debe someterse periódicamente a revisiones, mantenimientos y cambios de válvulas y sensores. Estas piezas son caras.
        También hay que contar que el maletero es menor que sus hermanos los VEB, y el peligro de explosión por escape de gas es mayor.
        Hay estudios que establecen los precios a los 100 km con el hidrógeno producido del excedente de las renovables en unos 7-8€. El coste a los 100 km con esos mismos excedentes en VEB es 0 €. El coste energético para recorrer 100 km con un coche de hidrógeno es sobre 4 veces mayor que con el VEB.
        Las baterías al ser menores en los coches de hidrógeno, tienen un número muchísimo mayor de ciclos de carga que los VEB, por lo que es otro elemento a cambiar a los pocos años, y no son baratas.

          • Estamos en un foro de coches... Yo lo extrapolo a los coches, que es lo que me interesa. El funcionamiento es el mismo, si la membrana sirve para un barco, sirve para un coche.
            Si fuera necesario el agua salada, o algo que proviniera del mar, en ese caso si habría diferencia, pero no es así.

          • El funcionamiento no es el mismo ni de lejos. Dos de los factores que más reducen la vida de las membranas son los cambios de demanda de potencia y la temperatura: en un coche hay muchísimos cambios de demanda de potencia, en un barco muy pocos. En un coche hay un espacio limitado para poner refrigeración y en un barco tienes toda el agua que quieras para refrigerarla. Además los regimenes de funcionamiento (varias horas ininterrumpidas en un barco, unos cuantos minutos en el coche) tienen poquito que ver.

    • En el caso de un coche con pila de combustible, el número de componentes de desgaste son muy parecidos a un VEB.

      En el primero, la fuente de energía es la batería, que se degrada y alimenta un inversor, que a su vez alimenta el motor que mueve las reductoras, diferencial y ruedas.

      En el segundo, un depósito de H2 a presión alimenta la pila, que es la que genera la energía para alimentar al inversor y el resto sigue el mismo proceso, aunque suelen tener una pequeña batería que actúa como búfer y también se degradará.

      Para la automoción, la transición al H2 no tiene mucho sentido porque requiere una infraestructura nueva al igual que ocurre con las estaciones de recarga, su producción y almacenamiento a presión requieren mucha energía, etc.

      No obstante, como vector energético, el H2 es un gran aliado y, si se impulsa su producción verde con excedentes de energía, puede desplazar el uso de combustibles de fracciones más pesadas y sucias en cargueros, transporte de larga distancia e incluso aviación.

        • Si pero curiosamente pareces olvidar que las celdas de litio tienen una vida, que además en la batería hay otros dos sistemas asociados (BTMS y BMS) que también tienen compresor y ventiladores (caso del chiller en la batería), contactores con un número determinado de ciclos de apertura y cierre, etc.

          • Que no estamos hablando de un coche, que hablamos de vehículos de transporte de masas y mercancias... ains!

  • No tiene mucho sentido hablar de ciclos y capacidad de descarga en una pila de combustible... no querréis decir eficiencia y horas de funcionamiento?

    • Los catalizadores usados para generar la electicidad tienen una vida util, además de que la pila de hidrógeno es una batería química, luego reemplazas el electrolito en vez de recargar, pero no deja de ser una especie de batería química por lo que si valdría hablar de ciclos y capacidad de descarga.

      No tendría sentido si fuese combustión de hidrógeno, pero eso no es lo que es la pila de combustible donde lo que se hace es generar electricidad mediante la reacción entre hidrógeno y oxígeno sin que ello implique generar calor y fuego

      • ¡Hombre! fuego no, pero calor si que genera una pila de combustible.

      • No hay ciclos de carga/descarga gresteh y lo que se cambian son las membranas, no el electrolito. Y se cambian porque aumenta el heat rejection que no porque disminuya la potencia que puedan dar. Los fabricantes dan la vida en horas en funcionamiento (Ballard, por ejemplo), no tiene sentido hablar de ciclos porque la membrana podría estar permanentemente funcionando hasta el final de su vida útil. Sí que tiene sentido hablar de ciclos en los depósitos pero ya te digo que sobrepasan en al menos un orden de magnitud la vida de las NMC que se montan a día de hoy en los coches... Y eso sin merma de capacidad a lo largo de su vida.

        • Gente, conocen el efecto Dunning Kruger??? Jajajajaja, los citados en el artículo son miembros de la academia China de ciencias...por ahí se les escapó esa parte...

  • Hay pilas de combustible para alimentar casas?
    En qué foro. Puedo encontrar información sobre los avances de la pila de combustible

  • El hidrógeno y el helio no se enfrían en una expansión, hay que recordar el efecto Joule Thomson.

  • Debate interesante. Pero.. la mayoría de los barcos cruzan aguas tropicales y ecuatoriales, y desde mi ignorancia, supongo que esas temperaturas no refrescarán mucho lo que quieren enfriar..

  • ¿Nadie más ha leído que están hechas estás membranas, como todas, a base de PLATINO? que es más caro que el oro, y más escaso...

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