El departamento de investigación de Volkswagen ha desarrollado un tipo de pilas de combustible de alta temperatura (HTFC- high temperature fuel cells) únicas en el mundo. Estas eliminan numerosos inconvenientes de las pilas de combustible de baja temperatura (LTFC- low temperature fuel cells), ya conocidas y usadas en prácticamente todos los vehículos que utilizan este sistema de propulsión en el mundo. El Responsable de Investigación del Grupo, profesor Jürgen Leohold comenta: “Las pilas de combustible de alta temperatura desarrolladas por Volkswagen a lo largo de siete años de investigación, hará que todo el sistema sea más ligero, compacto, estable y económico. Estos son los criterios decisivos para promover su producción en serie”. Además, añadió: “Creemos que estas nuevas pilas de combustible HTFC serán el futuro. Por el contrario, las pilas de baja temperatura ya no tendrán tantas posibilidades de llegar a producirse en serie. ”
Concretamente, el Grupo de Investigación de Volkswagen ha desarrollado una nueva membrana y nuevos electrodos para la célula de combustible. Membrana, electrodos, pilas -en ellas se esconde el complejo proceso utilizado para la extracción de energía eléctrica a partir de la energía química para propulsar el motor eléctrico de los futuros coches de célula de combustible. Si comparamos este complicado proceso, solo en lo referente a las piezas de nuevo desarrollo, la membrana y los electrodos, con las pilas de combustible de baja temperatura, el sistema de Volkswagen tiene las siguientes ventajas:
Las pilas de combustible de baja temperatura funcionan con una temperatura de membrana de aproximadamente 80 grados centígrados. Si la temperatura sobrepasa este valor, la célula de combustible se daña irremediablemente. Por esta razón los prototipos con pilas de combustible LTFC necesitan un sistema de refrigeración caro y sofisticado. Sólo la superficie de refrigeración es aproximadamente tres veces mayor que en los motores diesel. Además, en un sistema LTFC el suministro de hidrógeno y gas debe permanecer constantemente humedecido, ya que de no ser así la producción de energía se detendría y perjudicaría a la célula fatalmente. La humidificación de las moléculas de agua almacenadas en la membrana también añade un peso adicional innecesario, malgastando espacio y dinero. Por el contrario la membrana de alta temperatura desarrollada por Volkswagen puede, en combinación con los nuevos electrodos, alcanzar temperaturas de hasta 120 grados centígrados sin perder potencia. Y todo ello sin humedad. Novedad y antecedentes: en el HTFC, los protones son intercambiados mediante ácido fosfórico. Este ácido tiene unas buenas propiedades electrolíticas similares a las del agua. Este es el motivo por el cual un sistema de refrigeración más simple y la administración del agua son suficientes para el HTFC. Y eso reduce significativamente el peso y los costes. El espacio necesario para el sistema de pilas de combustible se reduce también hasta más de un 30 por ciento.
No obstante, todavía queda un problema por resolver en relación con el agua, como sucede en las membranas de baja temperatura. El agua penetra en la membrana, enjuagando el ácido fosfórico y en consecuencia, se interrumpe el paso de la corriente. Llegados a este punto, todos los intentos por conseguir un carburante de alta temperatura basado en materiales conocidos han fracasado. Por este motivo, la investigación intensiva de Volkswagen ha llegado a la conclusión de que, además de una nueva membrana, se necesitan unas modificaciones especiales de los electrodos para impedir que el agua penetre en la membrana.
La solución: mediante una impresora especial con pantalla, similar a las usadas en el campo de las tecnologías de semiconductores, los especialistas del Centro Tecnológico de Volkswagen en Isenbüttel recubrieron numerosos elementos fabricados con fibra carbono con un nuevo tipo de pasta. De este modo, los nuevos electrodos creados fueron sometidos a pruebas intensivas. Los resultados son claros: el agua no puede penetrar en la membrana y diluir el ácido fosfórico. A partir de aquí, la tecnología de alta temperatura está preparada para dar un nuevo paso. Un vistazo al futuro nos podría desvelar que los sistemas de pilas de combustible de alta temperatura de mayor rendimiento, perfeccionadas paso a paso, podrían ser utilizados para propulsar los primeros vehículos de pruebas en 2010. El primer Volkswagen con un sistema de célula de combustible, más asequible y adaptado al uso cotidiano, podría aparecer sobre el año 2020.
El elemento central de cada célula de combustible es una membrana de intercambio de protones. Esta se sitúa entre el ánodo y el cátodo de cada célula. El hidrógeno circula por la célula de combustible por el lado del ánodo y el cátodo es provisto de aire. La combinación de muchas de estas pilas permite generar energía suficiente para mover un vehículo. La reacción entre el hidrógeno y el oxígeno se produce dentro de la célula, generando agua en la parte del cátodo. Entonces, las pilas convierten la energía química del proceso de oxidación, conocido como “combustión fría”, en energía eléctrica. Los gases de combustión generados no son más que vapor de agua.
La célula de combustible es alimentada a través de un depósito de hidrógeno y una entrada externa de aire. La energía eléctrica generada por la célula es repartida hacia uno o más motores eléctricos. En consecuencia, el vehículo se desplaza sin prácticamente hacer ruido ni producir emisiones.
Concretamente, el Grupo de Investigación de Volkswagen ha desarrollado una nueva membrana y nuevos electrodos para la célula de combustible. Membrana, electrodos, pilas -en ellas se esconde el complejo proceso utilizado para la extracción de energía eléctrica a partir de la energía química para propulsar el motor eléctrico de los futuros coches de célula de combustible. Si comparamos este complicado proceso, solo en lo referente a las piezas de nuevo desarrollo, la membrana y los electrodos, con las pilas de combustible de baja temperatura, el sistema de Volkswagen tiene las siguientes ventajas:
Las pilas de combustible de baja temperatura funcionan con una temperatura de membrana de aproximadamente 80 grados centígrados. Si la temperatura sobrepasa este valor, la célula de combustible se daña irremediablemente. Por esta razón los prototipos con pilas de combustible LTFC necesitan un sistema de refrigeración caro y sofisticado. Sólo la superficie de refrigeración es aproximadamente tres veces mayor que en los motores diesel. Además, en un sistema LTFC el suministro de hidrógeno y gas debe permanecer constantemente humedecido, ya que de no ser así la producción de energía se detendría y perjudicaría a la célula fatalmente. La humidificación de las moléculas de agua almacenadas en la membrana también añade un peso adicional innecesario, malgastando espacio y dinero. Por el contrario la membrana de alta temperatura desarrollada por Volkswagen puede, en combinación con los nuevos electrodos, alcanzar temperaturas de hasta 120 grados centígrados sin perder potencia. Y todo ello sin humedad. Novedad y antecedentes: en el HTFC, los protones son intercambiados mediante ácido fosfórico. Este ácido tiene unas buenas propiedades electrolíticas similares a las del agua. Este es el motivo por el cual un sistema de refrigeración más simple y la administración del agua son suficientes para el HTFC. Y eso reduce significativamente el peso y los costes. El espacio necesario para el sistema de pilas de combustible se reduce también hasta más de un 30 por ciento.
No obstante, todavía queda un problema por resolver en relación con el agua, como sucede en las membranas de baja temperatura. El agua penetra en la membrana, enjuagando el ácido fosfórico y en consecuencia, se interrumpe el paso de la corriente. Llegados a este punto, todos los intentos por conseguir un carburante de alta temperatura basado en materiales conocidos han fracasado. Por este motivo, la investigación intensiva de Volkswagen ha llegado a la conclusión de que, además de una nueva membrana, se necesitan unas modificaciones especiales de los electrodos para impedir que el agua penetre en la membrana.
La solución: mediante una impresora especial con pantalla, similar a las usadas en el campo de las tecnologías de semiconductores, los especialistas del Centro Tecnológico de Volkswagen en Isenbüttel recubrieron numerosos elementos fabricados con fibra carbono con un nuevo tipo de pasta. De este modo, los nuevos electrodos creados fueron sometidos a pruebas intensivas. Los resultados son claros: el agua no puede penetrar en la membrana y diluir el ácido fosfórico. A partir de aquí, la tecnología de alta temperatura está preparada para dar un nuevo paso. Un vistazo al futuro nos podría desvelar que los sistemas de pilas de combustible de alta temperatura de mayor rendimiento, perfeccionadas paso a paso, podrían ser utilizados para propulsar los primeros vehículos de pruebas en 2010. El primer Volkswagen con un sistema de célula de combustible, más asequible y adaptado al uso cotidiano, podría aparecer sobre el año 2020.
El elemento central de cada célula de combustible es una membrana de intercambio de protones. Esta se sitúa entre el ánodo y el cátodo de cada célula. El hidrógeno circula por la célula de combustible por el lado del ánodo y el cátodo es provisto de aire. La combinación de muchas de estas pilas permite generar energía suficiente para mover un vehículo. La reacción entre el hidrógeno y el oxígeno se produce dentro de la célula, generando agua en la parte del cátodo. Entonces, las pilas convierten la energía química del proceso de oxidación, conocido como “combustión fría”, en energía eléctrica. Los gases de combustión generados no son más que vapor de agua.
La célula de combustible es alimentada a través de un depósito de hidrógeno y una entrada externa de aire. La energía eléctrica generada por la célula es repartida hacia uno o más motores eléctricos. En consecuencia, el vehículo se desplaza sin prácticamente hacer ruido ni producir emisiones.
