Cuando se trata de nuevas fuentes de energía, la energía eólica, la hidroeléctrica, la solar y la nuclear son todas bien conocidas, y la mayoría de ellas son las favoritas del mercado de capitales. Sin embargo, el hidrógeno, como contendiente igualmente importante, sigue siendo relativamente desconocido y carece de una gran visibilidad. Sin embargo, los tiempos están cambiando. La Exposición de Importaciones de Shanghai de noviembre de 2021 rompió este patrón inherente. La japonesa Toyota presentó por primera vez en China el automóvil de pasajeros de pila de combustible de hidrógeno Mirai de segunda generación. Cuenta con una autonomía máxima de 850 kilómetros, superando de un solo golpe a la mayoría de vehículos de nuevas energías propulsados por litio.
Hoy en día, el llamado "vehículo propulsado por hidrógeno" se refiere específicamente a los automóviles con pila de combustible de hidrógeno. Sin embargo, a diferencia de las baterías de iones de litio, las pilas de combustible de hidrógeno son esencialmente dispositivos que generan energía eléctrica a través de una reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno. El subproducto final de esta reacción química es únicamente agua, a diferencia del combustible convencional. vehículos que emiten sustancias como óxidos de carbono, óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre, por lo que el hidrógeno se considera una fuente de energía capaz de alcanzar “cero emisiones”.
En las pilas de combustible de hidrógeno, el titanio desempeña un papel crucial.Las placas bipolares fabricadas con titanio en pilas de combustible de hidrógeno poseen un espesor fino, una conductividad excelente, buenas propiedades térmicas, una alta resistencia mecánica y un aislamiento de gas eficiente. Estas características ayudan a mejorar la densidad de potencia de la celda. El vehículo de pila de combustible Toyota MIRAI de Japón utiliza placas bipolares fabricadas en titanio. Además, la capa de difusión de gas (GDL o PTL), que constituye el 17 % del coste del electrolizador, emplea titanio de grado industrial de alto rendimiento como material base del ánodo, lo que permite alcanzar la máxima actividad.
El principio de funcionamiento básico de las pilas de combustible de hidrógeno implica que el hidrógeno pasa a través del catalizador (platino) en el electrodo positivo de la pila, donde se descompone en electrones e iones de hidrógeno. Luego, los iones de hidrógeno se mueven a través de una membrana de intercambio de protones para llegar al electrodo negativo, donde reaccionan con el oxígeno para formar agua y calor. Simultáneamente, los electrones fluyen desde el electrodo positivo a través de un circuito externo hasta el electrodo negativo, generando energía eléctrica.
En términos simples, el hidrógeno y el oxígeno se combinan dentro de la celda de combustible, produciendo electricidad y agua. La electricidad impulsa el vehículo, mientras que el agua es el único subproducto expulsado del vehículo.
A partir de este principio operativo, las importantes ventajas de las pilas de combustible de hidrógeno son tres:
En primer lugar, la limpieza.: El único subproducto es el agua, evitando las emisiones de dióxido de carbono.
En segundo lugar, la seguridad:El proceso electroquímico que impulsa las pilas de combustible de hidrógeno mitiga los riesgos de combustión espontánea o explosiones, a diferencia de los sistemas basados en combustión.
En tercer lugar, conveniencia: HEl gas hidrógeno se puede comprimir, facilitando su transporte y almacenamiento.
Es importante señalar que la pila de combustible de los vehículos propulsados por hidrógeno se diferencia de las baterías químicas convencionales. Una pila de combustible facilita una reacción electroquímica entre hidrógeno y oxígeno sin combustión, produciendo agua como subproducto y liberando energía eléctrica.
La energía eléctrica en los vehículos con pila de combustible de hidrógeno se genera instantáneamente a través de la reacción entre el hidrógeno almacenado y el oxígeno atmosférico dentro de la pila de combustible, a diferencia de los vehículos eléctricos que almacenan energía de una red externa antes de utilizarla. Por lo tanto, a pesar del nombre "pila de combustible" en los vehículos de hidrógeno, su proceso de liberación de energía es más parecido al de los motores de combustión interna (que hacen reaccionar la gasolina con oxígeno externo) que al proceso de almacenamiento de energía en los vehículos eléctricos.
Al igual que en los vehículos con motor de combustión interna, el componente más caro en un vehículo de pila de combustible de hidrógeno es el dispositivo de generación de energía en lugar del dispositivo de almacenamiento de energía (por ejemplo, en los vehículos eléctricos, el componente más costoso es la batería, y dentro de la batería, es ánodo, cátodo y electrolito). Específicamente, es la pila de combustible en lugar del tanque de almacenamiento de hidrógeno.
Debido al costo relativamente alto de los sistemas de pilas de combustible de hidrógeno, especialmente la pila de pilas de combustible, en la etapa actual los costos de producción de vehículos de hidrógeno son más altos que los de los vehículos eléctricos puros y los vehículos con motor de combustión tradicionales. Este factor de coste sigue siendo una limitación importante en el desarrollo de la industria de vehículos de pila de combustible de hidrógeno.
