¿Puede el PowerTrekk de myFC AB realmente alimentar una celda de combustible con solo un poco de agua del grifo? Hace apenas unos años, un teléfono celular típico le permitía hacer llamadas, enviar y recibir mensajes de texto y quizás navegar por una página web basada en texto. Hoy en día, los teléfonos inteligentes vienen repletos de funciones. Es posible que pueda jugar juegos, escuchar música, navegar a una dirección, navegar por la Web y activar una de un millón de aplicaciones diferentes. Pero toda esta funcionalidad puede afectar la fuente de alimentación de su teléfono. Si bien un teléfono celular de hace una década podría haber durado varios días con una sola carga, es posible que un teléfono inteligente no pueda durar más de un día sin necesidad de más energía.
Esto podría no ser un gran problema si siempre tiene un cargador a mano y una forma de conectar su teléfono a una fuente de alimentación. Pero si está en movimiento y no puede conectar su teléfono a una toma de corriente o al puerto USB de una computadora, es posible que necesite otras opciones. Podría llevar baterías adicionales con usted para poder cambiarlas sobre la marcha, pero eso solo aumenta la cantidad de baterías que necesita cargar cada día.
Tienes otras opciones. Hay productos en el mercado que convierten la energía cinética en electricidad. Pero, ¿qué pasa si no quieres girar durante media hora para enviar un mensaje de texto? También existen soluciones que aprovechan la energía solar para ayudarlo a recargar sus dispositivos electrónicos. Pero luego hay que esperar un día soleado para aprovecharlas.
¿Qué pasa con las pilas de combustible? Al igual que una batería, una celda de combustible utiliza una reacción química para generar electricidad. Pero a diferencia de una batería, puede recargar una celda de combustible gastada. Simplemente agregue un poco más de combustible y estará listo para generar más electricidad. Las celdas de combustible de hidrógeno solo producen dos subproductos:calor y agua. Es más probable que las celdas de combustible que usaremos para cargar nuestros dispositivos electrónicos portátiles dependan de combustibles como el butano.
Contenido- Fundamentos de las pilas de combustible
- La pila de combustible de bolsillo
- ¿Es seguro?
- Nota del autor
Fundamentos de las pilas de combustible
El secreto del funcionamiento de las pilas de combustible está en la química. Ciertos átomos tienden a unirse con otros átomos para formar moléculas. El hidrógeno y el oxígeno son un buen ejemplo:un par de átomos de hidrógeno pueden unirse a un átomo de oxígeno para formar H2. O, una molécula de agua. Al unir un par de pasos entre el hidrógeno y el oxígeno, podemos aprovechar los electrones.
El método típico implica dos cámaras. En una cámara, tiene gas hidrógeno presurizado (H2 ). En el otro, tienes oxígeno (O2 ). Entre estas dos cámaras, tienes un catalizador y una membrana. El catalizador hace que el gas de hidrógeno se divida en electrones e iones de hidrógeno positivos. La membrana es como un gorila en un club:los lindos iones cargados positivamente pueden pasar, pero las partículas negativas nerd, como los electrones, no pueden.
Debido a ese saltador, los iones de hidrógeno cargados positivamente pasan a través de la membrana para llegar a los átomos de oxígeno del otro lado. Entonces, el hidrógeno y el oxígeno se unen. Pero estas moléculas pierden esos electrones que quedaron atrás. Y así es como una pila de combustible puede proporcionar electricidad.
El secreto es crear un camino desde la cámara de hidrógeno de la pila de combustible hasta la cámara de oxígeno. Esta vía se conecta a un circuito. Los electrones seguirán el camino para volver a conectarse con los iones de hidrógeno en el otro lado de la membrana. En su camino, los electrones harán trabajo, fluyendo a través de cualquier circuito que se encuentre a lo largo del camino. Al otro lado del camino está la cámara de oxígeno, donde los electrones se reunirán con los iones de hidrógeno. Los dos subproductos de esta reacción en particular son el calor y el agua.
Hay varios tipos diferentes de celdas de combustible. Mientras que en el ejemplo anterior usamos hidrógeno y oxígeno puros, la mayoría de las celdas de combustible dependen de otros tipos de combustible. Eso se debe a que obtener hidrógeno puro es difícil y aumenta el costo de producción y operación de las celdas de combustible. Otros tipos de combustible pueden crear el hidrógeno necesario para una celda de combustible, pero también pueden producir otros subproductos.
Algunas de estas celdas de combustible solo pueden operar a temperaturas mucho más altas de lo que sería práctico para una celda de combustible que pueda caber en su bolsillo. Otros confían en catalizadores hechos de materiales raros como el platino, lo que aumenta el costo de una celda de combustible. Algunos no pueden operar por debajo de un cierto umbral de temperatura porque la membrana se congelará. Es importante encontrar la pila de combustible adecuada para la electrónica móvil.
Entonces, ¿qué tipo de celda de combustible podríamos usar para recargar nuestros teléfonos?
La pila de combustible de bolsillo
El PowerTrekk utiliza botes de polvo metálico para generar hidrógeno. El agua reacciona con el polvo, dividiéndose en hidrógeno y oxígeno y creando combustible. Hay varias empresas que trabajan para llevar al mercado pilas de combustible de bolsillo. No todos utilizan el mismo enfoque. Lilliputian Systems dispone de una pila de combustible que utiliza butano como combustible. El butano es un hidrocarburo, lo que significa que está formado por átomos de hidrógeno y carbono. La notación química del butano es C4H10:hay cuatro átomos de carbono y 10 átomos de hidrógeno en una molécula de butano.
Dentro de la celda de combustible, las moléculas de butano presurizadas se dividen en iones y electrones una vez que entran en contacto con el catalizador. Los iones se mueven a través de la membrana hacia una cámara de oxígeno. Allí, los iones se combinan con los átomos de oxígeno para formar agua y dióxido de carbono. Los electrones que se separaron de los iones viajan a través de la vía electrónica para volver a unirse a los iones en el lado opuesto de la celda de combustible.
El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero. Dado que es un subproducto de una celda de combustible basada en hidrocarburos, muchos consideran que estas celdas de combustible son menos amigables con el medio ambiente que una celda de combustible basada puramente en hidrógeno. Pero, ¿cómo podríamos sortear el problema de generar hidrógeno puro?
Una posible solución puede ser obtener hidrógeno del agua. Podemos aprovechar el hidrógeno transformando el agua en electricidad para romper los enlaces moleculares y dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Este es un proceso llamado electrólisis . Si bien esto nos dará acceso al hidrógeno, no tiene sentido desde la perspectiva de la generación de energía:tenemos que usar la energía solo para obtener el hidrógeno y, por lo tanto, operamos con una pérdida neta desde la perspectiva de la energía. Pero también se puede obtener hidrógeno del agua a través de una reacción química.
Usando un polvo de metales alcalinos, es posible crear una reacción química con agua que dará como resultado gas hidrógeno. Por lo general, la introducción de un metal alcalino en el agua provoca una reacción explosiva en la que los subproductos son hidrógeno y un hidróxido metálico.
Un químico llamado Michael Lefenfeld creó una mezcla de polvo alcalino y otros aditivos que reaccionan con el agua corriente del grifo para producir hidrógeno sin la explosión que lo acompaña. Al introducir ese hidrógeno en una celda de combustible, puede tener un método puramente basado en hidrógeno para generar electricidad.
El uso de este polvo alcalino y una celda de combustible significa que puede alimentar dispositivos electrónicos simplemente vertiendo un poco de agua del grifo en el cargador. El agua reaccionará con el polvo alcalino para producir hidrógeno. El hidrógeno se mueve hacia la cámara de la celda de combustible y se combina con el oxígeno para formar agua y generar electricidad. Tendrá que reemplazar los cartuchos de polvo en su dispositivo para generar más hidrógeno a medida que el álcali se convierte en hidróxido de metal.
¿Es seguro?
Las celdas de combustible dependen de algunos químicos bastante volátiles. El hidrógeno es un material inflamable. El butano también es un material inflamable. Y los metales alcalinos también pueden ser peligrosos. Pero con el diseño correcto de celdas de combustible, estos materiales pueden permanecer relativamente seguros. No querrías arrojar una celda de combustible a un fuego rugiente, pero no deberías tener que preocuparte de que tus pantalones se enciendan espontáneamente debido a una reacción química fuera de control.
Dependiendo de la pila de combustible que tenga a su disposición, es posible que le esté haciendo un favor al medio ambiente. Las celdas de combustible tienden a tener un impacto ambiental menor que los métodos tradicionales de generación de energía. Si obtiene su electricidad de una empresa de servicios públicos que depende principalmente del carbón u otros combustibles fósiles, cambiar a celdas de combustible podría reducir su propio impacto en el medio ambiente. Si obtiene su electricidad de una fuente renovable como la energía eólica o solar, su impacto en el medio ambiente aumentará.
La tecnología de celdas de combustible tiene el potencial de revolucionar más que solo la electrónica móvil. Pudimos ver celdas de combustible empleadas en todo, desde suministros de energía de emergencia hasta vehículos. Es posible que no pase mucho tiempo antes de que dejemos de pensar en recargar nuestros dispositivos móviles; pensaremos en recargarlos.
Nota del autor
Me fascinan las pilas de combustible. Me encanta la idea de aprovechar una reacción química para generar electricidad. Casi parece como engañar a la física para que trabaje por nosotros:dividimos un átomo feliz en un ion y un electrón. Estas dos partículas realmente quieren volver a estar juntas debido a sus cargas opuestas. Luego hacemos pasar el ion a través de una barrera a través de la cual el electrón no puede pasar. Ese pequeño electrón quiere llegar a ese ion más que nada. Luego le damos al electrón un camino para llegar a ese ion, pero tiene que trabajar en el camino. El electrón hace lo que queremos que haga y, como resultado, obtenemos potencia. No solo hemos dominado la física, ¡también hemos antropomorfizado partículas subatómicas en el proceso! Me encanta.