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La pila de combustible de gasolina aumentaría la autonomía de los coches eléctricos
Si desea llevar un automóvil eléctrico en un viaje largo, necesita un generador de gasolina, como el del Chevrolet Volt, para ampliar su autonomía. El problema es que cuando funciona con el generador, no es más eficiente que un automóvil convencional. De hecho, es incluso menos eficiente, porque tiene una batería pesada para cargar.
Consumidor de gas: La pila de combustible desarrollada en la Universidad de Maryland.
Ahora, investigadores de la Universidad de Maryland han creado una celda de combustible que podría proporcionar una alternativa mucho más eficiente a un generador de gasolina. Como todas las pilas de combustible, genera electricidad a través de una reacción química, en lugar de quemar combustible, y puede ser dos veces más eficiente en generar electricidad que un generador que utiliza combustión.
La pila de combustible de los investigadores es una versión muy mejorada de un tipo que tiene un electrolito cerámico sólido y se conoce como pila de combustible de óxido sólido. A diferencia de las celdas de combustible de hidrógeno que se usan típicamente en los automóviles, las celdas de combustible de óxido sólido pueden funcionar con una variedad de combustibles fácilmente disponibles, incluidos diesel, gasolina y gas natural. Se han utilizado para generar energía para edificios, pero se han considerado poco prácticos para su uso en automóviles porque son demasiado grandes y porque funcionan a temperaturas muy altas, por lo general a unos 900 ⁰C.
Al desarrollar nuevos materiales de electrolitos y cambiar el diseño de la celda, los investigadores crearon una celda de combustible que es mucho más compacta. Puede producir 10 veces más potencia, para su tamaño, que uno convencional, y podría ser más pequeño que un motor de gasolina mientras produce tanta potencia.
Los investigadores también han reducido la temperatura a la que funciona la pila de combustible en cientos de grados, lo que les permitirá utilizar materiales más baratos. Es una gran diferencia en el costo, dice Eric Wachsman, director del Centro de Investigación de Energía de la Universidad de Maryland, quien dirigió la investigación. Él dice que los investigadores han identificado formas simples de mejorar la producción de energía y reducir aún más la temperatura, utilizando métodos que ya están mostrando resultados prometedores en el laboratorio. Estos avances podrían llevar los costos a un punto en el que sean competitivos con los motores de gasolina. Wachsman dice que se encuentra en las primeras etapas de la creación de una empresa para comercializar la tecnología.
Las celdas de combustible de Wachsman funcionan actualmente a 650 ⁰C y su objetivo es reducirlo a 350 ⁰C para su uso en automóviles. Aislar las celdas de combustible no es difícil ya que son pequeñas; una pila de celdas de combustible lo suficientemente grande para impulsar un automóvil solo necesitaría tener 10 centímetros de lado. Las altas temperaturas son un problema mayor porque hacen necesario el uso de materiales caros y resistentes al calor dentro del dispositivo, y porque calentar la celda a temperaturas de funcionamiento lleva mucho tiempo. Al bajar las temperaturas, Wachsman puede usar materiales más baratos y disminuir la cantidad de tiempo que tarda la celda en iniciarse.
Incluso con estos avances, la pila de combustible no se encendería instantáneamente, y encenderla y apagarla con cada viaje corto en el automóvil causaría mucho desgaste y reduciría su vida útil. En cambio, se combinaría con un paquete de baterías, como lo es un motor de combustión en el Volt, dice Wachsman. Entonces, la celda de combustible podría funcionar de manera más constante, sirviendo para mantener la batería al tope sin proporcionar ráfagas de aceleración.
Los investigadores lograron su resultado en gran parte modificando el material de electrolito sólido en el núcleo de una celda de combustible de óxido sólido. En las pilas de combustible del mercado, como una fabricada por Bloom Energy, el electrolito tiene que ser lo suficientemente grueso para proporcionar soporte estructural. Pero el espesor del electrolito limita la generación de energía. Durante los últimos años, los investigadores han estado desarrollando diseños que no requieren que el electrolito soporte la celda, de modo que puedan hacer que el electrolito sea más delgado y lograr una alta potencia de salida a temperaturas más bajas. Los investigadores de la Universidad de Maryland llevaron esto un paso más allá al desarrollar nuevos electrolitos multicapa que aumentan aún más la producción de energía.
El trabajo es parte de un esfuerzo más grande del Departamento de Energía de EE. UU., Durante la última década, para hacer que las celdas de combustible de óxido sólido sean prácticas. Es probable que los primeros frutos de ese esfuerzo no sean las celdas de combustible en los automóviles; hasta ahora, Wachsman solo ha fabricado celdas de combustible relativamente pequeñas y aún queda por hacer un importante trabajo de ingeniería. Las primeras aplicaciones de combustibles de óxido sólido en vehículos pueden ser en camiones de largo recorrido con cabinas literas.
Los proveedores de equipos como Delphi y Cummins están desarrollando celdas de combustible que pueden alimentar los acondicionadores de aire, televisores y microondas dentro de las cabinas, reduciendo potencialmente el consumo de combustible en un 85 por ciento en comparación con el motor del camión inactivo. El sistema Delphi también usa un diseño que permite un electrolito más delgado, pero opera a temperaturas más altas que la celda de combustible de Wachsman. La celda de combustible podría encenderse el lunes y dejarla funcionando a tasas bajas durante toda la semana y aún así obtener la reducción del 85 por ciento. Delphi ha construido un prototipo y planea demostrar su sistema en un camión el próximo año.