Las pilas de combustible de borohidruro directo (DBFC) son una subcategoría de pilas de combustible alcalinas que se alimentan directamente con borohidruro de sodio o borohidruro de potasio como combustible y aire/oxígeno [1] o peróxido de hidrógeno [2] como oxidante. Las DBFC son tipos relativamente nuevos de pilas de combustible que se encuentran actualmente en fase de desarrollo y son atractivos debido a su alto potencial operativo en relación con otros tipos de pilas de combustible. Recientemente, se ha informado de DBFC que rivalizan con las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) en potencia máxima pero que funcionan al doble de voltaje. [3]
El borohidruro de sodio se ha utilizado [4] con sistemas de pilas de combustible de hidrógeno más convencionales como medio para almacenar hidrógeno. El hidrógeno se puede regenerar para una pila de combustible mediante la descomposición catalítica del borohidruro con agua, incluida una hidratación exitosa con orina sintética:
Las pilas de combustible de borohidruro directo descomponen y oxidan el borohidruro directamente, evitando la producción de hidrógeno e incluso produciendo rendimientos energéticos ligeramente mayores: [5]
La reacción simplificada es:
La temperatura de trabajo de una pila de combustible de borohidruro de sodio directo es de 70 °C (158 °F).
Los DBFC podrían producirse a un precio más económico 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 la cantidad de celdas (en un circuito en serie ) necesarias en una pila para lograr la tensión nominal deseada y, por lo tanto, reduce considerablemente los costos de la pila. [3]
Desafortunadamente, los DBFC producen algo de hidrógeno a partir de una reacción secundaria del NaBH 4 con agua calentada por la pila de combustible. Este hidrógeno puede ser conducido al escape o conducido a una pila de combustible de hidrógeno convencional. Cualquiera de las pilas 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 ) ha liberado su hidrógeno y se ha oxidado, el producto es NaBO 2 ( metaborato de sodio ). El metaborato de sodio podría hidrogenarse nuevamente para convertirse en combustible de borohidruro de sodio mediante varias técnicas diferentes, algunas de las cuales, en teoría, podrían requerir nada más que agua, electricidad o calor. Sin embargo, estas técnicas todavía están en desarrollo activo. Al 30 de junio de 2010, se han investigado muchas patentes que afirman lograr eficazmente la conversión de metaborato de sodio en borohidruro de sodio, pero ninguna ha sido confirmada; la eficiencia actual del "reciclaje de hidruro de boro" parece estar muy por debajo del 1%, lo que no es adecuado para recargar un vehículo. [6]
Los precios proyectados para la producción en masa del combustible son tan bajos como 5 dólares EE.UU./kg, rivalizando con el costo de los combustibles de hidrocarburos. [7]
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