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Baterías, supercondensadores y pilas de combustible

Ilustración de una batería compuesta por electrodos (cátodo con carga positiva y ánodo con carga negativa), un electrólito conductor y un separador entre los electrodos.

Las baterías, las pilas de combustible y los supercondensadores son sistemas que utilizan diferentes mecanismos de conversión y almacenamiento de la energía electroquímica, pero características electroquímicas similares para aplicaciones de alta energía y densidad de gran potencia.

Baterías

Una batería consta de electrodos (cátodo (+) y ánodo (-)), un electrólito conductor y un separador entre el ánodo y el cátodo. En las baterías de ion litio recargables (LIB), los cationes de litio monovalentes migran entre los electrodos. Cuando se descargan, el ánodo (-) se oxida (pierde electrones) y el cátodo se reduce (gana electrones). Tras la carga, este proceso se invierte. Debido a su elevada energía, su densidad de potencia, su mayor seguridad y sus menores costes materiales, las LIB han revolucionado la industria electrónica y están integradas en muchos aspectos de nuestras vidas, desde los dispositivos móviles hasta los vehículos eléctricos. En 2019, se concedió el Premio Nobel de Química a los científicos que desarrollaron la tecnología LIB.

Ilustración de una pila de combustible de PEM que muestra cómo se convierte la energía química en energía eléctrica utilizando como combustible gas hidrógeno y gas oxígeno.

Pilas de combustible

Las pilas o células de combustible consisten en un ánodo, un cátodo y un electrólito conductor, y suelen estar conectadas en serie para formar un apilamiento que aumenta la cantidad total de electricidad generada. El electrodo está compuesto de un material poroso que está recubierto con un catalizador para generar electricidad. Hay cinco tipos principales de pilas de combustible, que se diferencian por el tipo de electrólito utilizado: membrana de electrólito de polímero, óxido sólido, ácido fosfórico, alcalino y carbonato fundido. La tecnología de membrana de electrólito de polímero, también conocida como membrana de intercambio de protones (PEM), se considera la más prometedora para sustituir a la tecnología de pila de combustible alcalina.

Las pilas de combustible se han desarrollado como una tecnología de energía alternativa, debido a sus grandes eficiencias, bajas emisiones y bajo impacto medioambiental, superando a los motores de combustión tradicionales. Las pilas de combustible sólo generan calor y agua como residuos, lo que las convierte en un candidato prometedor para futuras fuentes de energía en una amplia variedad de aplicaciones, como dispositivos portátiles, dispositivos fijos y soluciones de transporte.

Ejemplo de un supercondensador compuesto por dos electrodos, un electrólito y un separador que permite la transferencia de iones, mientras mantiene separados los electrodos polarizantes.

Supercondensadores

Los componentes de los supercondensadores son similares a los de las baterías. Sin embargo, los supercondensadores se caracterizan por su capacidad de almacenamiento de carga. Los materiales de los electrodos contribuyen al rendimiento del almacenamiento de un supercondensador y pueden dividirse en tres categorías: condensadores de doble capa que actúan electrostáticamente, pseudocondensadores que actúan electroquímicamente y condensadores híbridos que utilizan ambos.

Los supercondensadores son una fuente de energía de alta densidad con gran capacidad de almacenamiento de energía, larga vida útil y capacidades de carga rápida, lo que los hace ideales para aplicaciones en vehículos híbridos, dispositivos portátiles y recolección, o cosecha, de energía.


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