Las pilas de combustible de borohidruro directo (DBFC) son una subcategoría de pilas de combustible alcalinas que se alimentan directamente de borohidruro de sodio o borohidruro de potasio como combustible y aire / oxígeno [1] o peróxido de hidrógeno [2] como oxidante. Los DBFC son tipos relativamente nuevos de pilas de combustible que se encuentran actualmente en la etapa de desarrollo y son atractivos debido a su alto potencial operativo en relación con otro tipo de pilas de combustible. Recientemente, se ha informado de DBFC que rivalizan con las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) en potencia máxima pero que operan al doble de voltaje. [3]
Química
El borohidruro de sodio podría usarse potencialmente en sistemas de pilas de combustible de hidrógeno más convencionales como un medio para almacenar hidrógeno. El hidrógeno se puede regenerar para una pila de combustible mediante la descomposición catalítica del borohidruro:
- NaBH 4 + 2H 2 O → NaBO 2 + 4H 2
Las pilas de combustible de borohidruro directo descomponen y oxidan el borohidruro directamente, evitando la producción de hidrógeno e incluso produciendo rendimientos de energía ligeramente superiores: [4]
- Cátodo : 2O 2 + 4H 2 O + 8e - → 8OH - (E 0 = +0,4 V )
- Ánodo : NaBH 4 + 8OH - → NaBO 2 + 6H 2 O + 8e - (E 0 = -1,24 V)
- Total E 0 = + 1,64 V
La reacción simplificada es:
- NaBH 4 + 2O 2 → NaBO 2 + 2H 2 O + Electricidad
La temperatura de trabajo de una pila de combustible de borohidruro de sodio directo es de 70 ° C (158 ° F).
Ventajas
Los DBFC podrían producirse de forma más económica que una pila de combustible tradicional porque no necesitan costosos catalizadores de platino . Además, tienen una mayor densidad de potencia . El alto voltaje de funcionamiento de un DBFC reduce el número de celdas (en un circuito en serie ) necesarias en una pila para lograr un voltaje nominal deseado y, por lo tanto, reduce considerablemente los costos de la pila. [3]
Desventajas
Desafortunadamente, los DBFC producen algo de hidrógeno a partir de una reacción secundaria de NaBH 4 con agua calentada por la celda de combustible. Este hidrógeno puede canalizarse hacia el escape o hacia una celda de combustible de hidrógeno convencional. Cualquiera de las celdas de combustible producirá agua y el agua se puede reciclar para permitir concentraciones más altas de NaBH 4 .
Más importante aún, el proceso de creación de electricidad a través de un DBFC no es fácilmente reversible. Por ejemplo, después de que el borohidruro de sodio (NaBH 4 ) haya liberado su hidrógeno y se haya oxidado, el producto es NaBO 2 ( metaborato de sodio ). El metaborato de sodio podría volver a hidrogenarse en combustible de borohidruro de sodio mediante varias técnicas diferentes, algunas de las cuales, en teoría, podrían requerir nada más que agua y electricidad o calor. Sin embargo, estas técnicas aún se encuentran en desarrollo activo. Al 30 de junio de 2010, se han investigado muchas patentes que afirman lograr de manera efectiva la conversión de metaborato de sodio en borohidruro de sodio, pero ninguna se ha confirmado; la eficiencia actual del "reciclaje de hidruro de boro" parece estar muy por debajo del 1%, lo cual no es adecuado recarga de un vehículo. [5]
Costo
Los precios proyectados para la producción en masa del combustible son tan bajos como US $ 5 / kg, compitiendo con el costo de los combustibles de hidrocarburos. [6]
Ver también
Referencias
- ^ Amendola SC, Onnerud P., Kelly M., Petillo P., Sharp-Goldman S. L y Binder M. (1999) 'Una nueva celda de aire de borohidruro de alta densidad de potencia', J. Power Sources, 84, págs. 130-133.
- ^ Choudhury, NA; Raman, RK; Sampath, S .; Shukla, AK Una pila de combustible de borohidruro directo alcalino con peróxido de hidrógeno como oxidante. J. Power Sources 2005, 143, 1-8.
- ^ a b Wang, Zhongyang; Parrondo, Javier; Él, Cheng; Sankarasubramanian, Shrihari; Ramani, Vijay (abril de 2019). "Interfaces bipolares de microescala de gradiente de pH eficientes en células de combustible de borohidruro directo". Energía de la naturaleza . 4 (4): 281-289. doi : 10.1038 / s41560-019-0330-5 . ISSN 2058-7546 .
- ^ Ma, Choudhury, Sahai - Una revisión completa de las celdas de combustible de borohidruro directo
- ^ Informe final: Sistemas de almacenamiento de hidrógeno electroquímico, MacDonald 2010
- ^ https://www.osti.gov/biblio/1022594