Las pilas o celdas de combustible son sistemas electroquímicos en los que la energía de una reacción química se convierte directamente en electricidad. Son dispositivos que funcionan como una batería. Pero no se agota ni se recarga mientras el combustible y el oxidante le sean aportados desde fuera de la pila.
Su principio de funcionamiento es inverso al de la electrólisis, en la que el agua se separa en sus dos componentes, hidrógeno y oxígeno. Sin embargo en una pila de combustible se obtendría una corriente eléctrica por medio de la reacción entre estos dos gases. Mediante un proceso de combustión fría, convierte la energía química de un combustible, generalmente hidrógeno, y de un oxidante, habitualmente oxígeno del aire, en energía eléctrica de corriente continua, desprendiéndose agua.
De esta manera la pila proporciona corriente continua, que podrá ser transformada a corriente alterna mediante un inversor.
Originalmente la idea de las pilas de combustible data de 1839, cuando Sir William Grove (1811-1896) diseñó el primer dispositivo. Posteriormente otros inventores como Bequerel, Mond o Langer fueron haciendo modificaciones.
El desarrollo tecnológico vino con Francis T. Bacon que en 1952 construyó una planta de 5KW.
Se aporta a las celdas hidrógeno por el ánodo y oxígeno (elemento oxidante) por el cátodo.
También se puede extraer calor generado en la reacción electroquímica que es exotérmica. Y se podrá también aprovechar para calentar agua. Esto además tecnológicamente es necesario para mantener la temperatura en márgenes óptimos.
Hay varios tipos de celdas o pilas de combustible:
- polímero sólido: 80 – 100°C
- ácido fosfórico: 160 – 220°C
- carbonato fundido: 650 – 700°C
- óxido sólido: hasta 1000°C
Este sistema tiene ventajas y desventajas respecto a los sistemas tradicionales de producción de energía:
Ventajas:
- Alta eficiencia energética
- Bajo nivel de contaminación ambiental
- Carácter modular
- Flexibilidad de operación
- Admisión de diversos combustibles
- Bajo impacto estético
- Sencillez de instalación
Desventajas:
- Tecnología emergente
- Producción muy costosa
- Sensibilidad hacia venenos catalíticos
- alto coste de almacenamiento y suministro
- Alto peso de las pilas de combustible
Esta tecnología no obstante ha ido mejorando bastante con el tiempo y es empleada en naves espaciales para producir agua y electricidad. A nivel doméstico también se ha llegado a desarrollar e implantar, en Japón, donde 5000 hogares la utilizan.
Japón está apostando sin fisuras por una sociedad del hidrógeno.