la pila de hidrÓgeno

8/13/2019 LA PILA DE HIDRGENO

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La energa del futuro:

la pila de hidrgeno

Realizado por:

Carlos Garca SauraDaniel Fernndez Louro

1 achillerato ! "

"signatura:Ciencias para el #undo conte#porneo

$rofesora: %& Car#en San 'os(

)*S Se+ero ,choa -../!.0


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ndice

)ntroduccin1'ustificacin2

,34eti+os5

Captulo ): "ntecedentes6

Captulo )): *l hidrgeno11

1,3tencin11

-"l#acena#iento 7 transporte12

Captulo ))): "plicaciones energ(ticas15

Captulo )8: Dise9o eperi#ental10

1)ntroduccin10

-*peri#entos iniciales-.

2$rototipos--

;Construccin de la pila de hidrgeno-6

5$rue3a de la pila2-


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)ntroduccin

*ste pro7ecto= ha sido lle+ado a ca3o por Carlos Garca Saura 7 Daniel Fernndez Louro= alu#nos

de 1de achillerato= para la asignatura de Ciencias para el #undo conte#porneo

Carlos Garca Saura y Daniel Fernndez Louro

>uestra profesora %& Car#en San 'os( nos encarg realizar un pro7ecto de in+estigacin so3re un

te#a cientfico de la actualidad

Despu(s de hacer una gran 3?s@ueda= nos decidi#os por una in+estigacin so3re las pilas de

hidrgeno >osotros sa3a#os @u( es lo @ue hacen las pilas de hidrgeno= pero desconoca#os

c#o funcionan interna#ente *sto fue lo @ue #s nos #oti+ a elegir el te#a

"de#s= pensa#os @ue el hecho de in+estigar un nue+o recurso energ(tico en la situacin

energ(tica actual es algo @ue real#ente es necesario

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La #etodologa @ue he#os seguido ha sido:

Recopilacin de la informacin:" tra+(s de #edios tales co#o internet De esta for#a

a+erigua#os @ue las pilas nor#ales Ano las de hidrgenoB funcionan a partir de reacciones

@u#icas 3astante co#plicadas= 7 @ue producen residuos @ue son #u7 difciles de eli#inar*sto a7ud al hecho de seguir in+estigando las pilas de hidrgeno dado @ue funcionan

gracias a reacciones @u#icas 3astante si#ples= 7 los residuos @ue produce no son peligrosos

AaguaB a#3i(n co#pro3a#os @ue los #ateriales son de fcil ad@uisicin 7 3a4o precio

Estudio de la informacin:"s co#prendi#os el funciona#iento 3sico de estas pilas 7 las

reacciones @u#icas @ue son necesarias para generar electricidad *ntonces 3usca#os

reacciones @u#icas @ue produ4esen hidrgeno= @ue es el co#3usti3le necesario para estetipo de pilas

Experimentacin:*n un principio utiliza#os la electrlisis para o3tener hidrgeno= pero

in+estigando pudi#os co#pro3ar @ue @ue otro tipo de reacciones @u#icas producan #a7or

cantidad de hidrgeno en #enos tie#po *sto nos a7ud 3astante en el dise9o eperi#ental=

dado @ue al producirse gran cantidad de hidrgeno #s rpida#ente no tena#os @ue

e#plear tanto tie#po en producir el hidrgeno 7 pudi#os dedicarlo plena#ente al dise9o 7

prue3a de nuestros prototipos de pila

Diseo experimental:*n 3ase a los datos o3tenidos en la recopilacin de infor#acin 7 en

la eperi#entacin= dise9a#os 7 construi#os un prototipo de pila de hidrgeno

-


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'ustificacinLa finalidad principal de este pro7ecto es estudiar el funciona#iento 7 las aplicaciones de las pilas

de hidrgeno= para ello recopilare#os infor#acin 7 la aplicare#os desarrollando un prototipo

Considera#os @ue esta in+estigacin es necesaria= dado el panora#a actual de los recursos

energ(ticos en el @ue el fin del petrleo se acerca rpida#ente= ade#s este tipo de energas no

da9an el #edio a#3iente 7 son #s econ#icas

stos son los principales #oti+os para el desarrollo e in+estigacin de este tipo de tecnologa:

1 La #iniaturizacin de las 3ateras una +ez aca3ada la in+estigacin ser algo relati+a#entefcil= considerando el tipo de pila de la @ue ha3la#os

- *ste tipo de energa se podr Efa3ricar en grandes cantidades $or e4e#plo= se podran

instalar grandes Ehuertos solares en los desiertos= 7 #ediante la electricidad o3tenida=

o3tener el hidrgeno del agua del #ar= #ediante electrlisis

2 *s reno+a3le Ase puede o3tener #ediante el solB por lo tanto no ha7 peligro de @ue se agote o

se gaste #as rpido de lo @ue se genera

; >o e#ite ning?n tipo de residuo @ue pueda da9ar el #edio a#3iente por lo tanto se puede

usar sin peligro= a diferencia de la pilas actuales= @ue producen residuos #u7 conta#inantes=

co#o el #ercurio

5 Las pilas de hidrgeno son fciles de fa3ricar= tanto en #ano de o3ra co#o en #ateriales

$or lo tanto se podrn producir industrial#ente de for#a fcil 7 relati+a#ente 3arata= lo @ue

#e4orar el #ercado 7 las har #as ase@ui3les para otras personas o entidades

$or estos #oti+os sera pro+echoso lle+ar aca3o la creacin de pilas de hidrgeno @ue a la +ez @ue

porttiles sean seguras 7 proporcionen 3astante energa

>uestro tra3a4o consta de +arios captulos:

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) *n el pri#ero de ellos= E"ntecedentes in+estiga#os @uienes fueron los cientficos @ue= 3ien

por casualidad o 3ien por causalidad= in+entaron las pri#eras c(lulas de idrgeno

a#3i(n he#os in+estigado so3re dnde han sido 7a e#pleadas las pilas de idrgeno

)) *n el segundo captulo= E*l idrgeno estudia#os las propiedades funda#entales de (ste

ele#ento= 7 cules son los #e4ores #(todos para o3tenerlo= 7a sea para su uso en el

la3oratorio o industrial#ente "de#s eplica#os los #(todos de al#acena#iento del

hidrgeno

))) *n el tercer captulo= he#os resu#ido 7 si#plificado toda la teora 7 reacciones @u#icas

@ue hacen @ue las pilas de hidrgeno funcionen

)8 Final#ente= en el cuarto captulo realiza#os nuestro dise9o eperi#entalH una pila de

hidrgeno funcional 3asada en nuestros eperi#entos en el la3oratorio

;


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,34eti+os

Co#prender el funciona#iento de las pilas de hidrgeno= noslo por el pro7ecto si no ta#3i(n por el inter(s cientfico

@ue nos #oti+ a in+estigar so3re el te#a

asndonos en estas in+estigaciones= dise9ar 7 construir una

pila de hidrgeno

Gracias al eperi#ento= a+eriguar los fallos o posi3les

#e4oras en el pri#er dise9o

Crear otra pila @ue sol+ente los incon+enientes e incorpore

(stas #e4oras

Co#pro3ar @ue las nue+as #e4oras #e4oran la eficiencia de

la pila de hidrgeno

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Captulo ): "ntecedentes*l principio @u#ico @ue utilizan las pilas o c(lulas de hidrgeno fue descu3ierto por el cientfico

Christian Friedrich SchI3ein en Suiza en 1/2/ %s tarde= en 1/;2 Sir Jillia# Gro+e desarroll la

pri#era pila de hidrgeno con #ateriales si#ilares a los utilizados actual#ente en las pilas de cidofosfrico

Pila de combustible de William Grove

>o o3stante= no fue hasta 1050 cuando Francis ho#as acon fa3ric la pri#era pila de hidrgeno

con un alto rendi#iento de 5 Kilo+atios

La >"S" utiliz las patentes de Francis acon en su progra#a aeroespacial= para poder disponer de

agua 7 electricidad en el espacio= a partir del hidrgeno 7 del ogeno disponi3les en los depsitos

de la na+e Las pri#eras #isiones @ue utilizaron (ste tipo de pilas de hidrgeno fueron las del

progra#a "pollo

Fue entonces cuando General *lectric desarroll las pri#eras pilas con #e#3rana de interca#3io

de protones Apila $*%B= #ucho #as ligeras 7 duraderas @ue el #odelo de Francis acon ste tipo

de pila se utiliz por pri#era +ez en la #isin Ge#ini 8

Se utiliza3an #ateriales #u7 caros= 7 las pri#eras c(lulas necesita3an te#peraturas de

funciona#iento #u7 ele+adas= sin e#3argo= de3ido a las grandes cantidades de co#3usti3le

disponi3le Ahidrgeno 7 ogeno en el aguaB no ces la in+estigacin en las c(lulas de hidrgeno

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De3ido a su ele+ado coste= el uso de pilas de hidrgeno se +io li#itado a aplicaciones espaciales

" finales de los a9os /.= las c(lulas de hidrgeno tu+ieron un gran desarrollo: se produ4eron +arias

inno+aciones Aelectrodos de pelcula fina 7 catalizador con #enos platinoB= 7 se in+entaron nue+as

tecnologas @ue a3arataron los procesos de fa3ricacin de los co#ponentes de las pilas dehidrgeno

Pila de hidrgeno con membrana de intercambio de rotones !P"#$

Se uede areciar la condensacin del agua %ormada en la salida de los gases

*n la actualidad 7a se han fa3ricado prototipos de coches 7 otros +ehculos propulsados #ediante

pilas de hidrgeno con #e#3rana de interca#3io de protones %uchas co#pa9as tra3a4an en el

desarrollo de (stos siste#as= por lo @ue ha7 un gran secretis#o industrial

Coche y submarino &ue utilizan ilas de hidrgeno como %uente de energa

stos dise9os son eperi#entales= por ello no suelen ser co#pleta#ente seguros= eficientes o

re@uieren de#asiado #anteni#iento= lo @ue hace @ue a?n no sea posi3le su salida al #ercado

*n la actualidad se est in+estigando en #e4orar la seguridad= la eficiencia= el ta#a9o 7 el fcil

/


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#anteni#iento de las instalaciones de pilas de hidrgeno

Reciente#ente A*nero de -..0B ha aparecido un artculo en nescientistco#@ue ha3la de un

nue+o tipo de pila de hidrgeno= con un ta#a9o #ucho #enor del ha3itual %ide tan slo 2

#il#etros de lado 7 uno de alto Con (stas di#ensiones se ha con+ertido en la pila de hidrgeno#s pe@ue9a del #undo Su ta#a9o es real#ente i#presionante

La ila de hidrgeno ms e&ue'a del mundo

*n el artculo se eplica @ue lo #s co#plicado al reducir el ta#a9o de (stas pilas= es conseguir un

flu4o regulado 7 constante de hidrgeno= consu#iendo la #enor energa posi3le "l ser una pila tan

pe@ue9a= se re@uerira consu#ir #s energa en regular la presin @ue la @ue se produce #ediante

ella

Centrndose en (ste pro3le#a= un e@uipo de cientficos for#ado por Saeed %oghadda#= %arK

Shannon 7 Richard %asel entre otros= ha in+entado (ste dise9o= @ue genera electricidad sin

consu#irla

La no+edad de (ste nue+o dise9o= aparte de su incre3le ta#a9o= es el ali#entador @ue proporcionahidrgeno a la c(lula

La pila o3tiene hidrgeno a partir de la reaccin @ue se produce al co#3inar agua con un hidruro

#etlico *l hidruro +iene incorporado dentro de la pila= de3ido a @ue la reaccin de produccin de

hidrgeno re@uiere #enos hidruro @ue agua= pero el agua de3e ser proporcionada de #anera

eterna

,tra de las curiosidades de (sta pila es @ue no necesita depsito contenedor del agua= 3asta con

colocar una gota de agua so3re la pila= 7 (sta se #antiene en su sitio gracias a la tensin superficial

0
http://www.newscientist.com/http://www.newscientist.com/


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*sto tiene otra +enta4a= 7a @ue es posi3le utilizar la pila en cual@uier posicin= lo @ue la hara

perfecta para su uso en dispositi+os porttiles

ste nue+o dise9o consta de slo cuatro ele#entos: un depsito de agua= una #e#3rana= una

c#ara con hidruro #etlico 7 luego la c(lula de hidrgeno en s Alos electrodos separados por la#e#3rana de interca#3io de protonesB

"s&uema de %uncionamiento

La reaccin @ue se produce entre el hidruro #etlico 7 el agua es peligrosa si se produce de #anera

descontrolada= por@ue produce #ucha energa calorfica

La solucin @ue han in+entado consiste en una #e#3rana #icro!perforada @ue de4a pasar pe@ue9as

gotas de agua en for#a de +apor a la c#ara en la @ue se encuentra el hidruro AaB

Cuando (stas #ol(culas reaccionan con el hidruro 7 producen hidrgeno= la presin au#enta= 7 la

#e#3rana se hincha= i#pidiendo @ue entre #s agua A3B

'usto de3a4o del hidruro estn colocados los electrodos separados por la #e#3rana de interca#3io

de protones "s= cuando se consu#e el hidrgeno contenido en la c#ara del hidruro= la presin

desciende 7 de4a pasar #s agua= creando un 3ucle @ue regula auto#tica#ente la presin 7 el flu4o

del hidrgeno

Los pri#eros dise9os de este tipo de pilas generaron .6 +oltios 7 .1 #ilia#perios durante 2. horas

antes de @ue se aca3ase el hidruro #etlico= pero los cientficos dicen ha3er llegado a generar en

posteriores dise9os alrededor de 1 #ilia#perio

*sa intensidad de corriente a?n no es suficiente para= por e4e#plo tel(fonos #+iles= pero si sera

capaz de ali#entar circuitos electrnicos si#ples o incluso #icro!ro3ots

1.


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Captulo )): *l hidrgeno*l hidrgeno es el to#o #as si#ple 7 ligero @ue eiste *st representado con el s#3olo E= 7

ocupa el pri#er puesto en la ta3la peridica *s un no #etal= @ue en condiciones nor#ales Aa .C 7

1 at#B= es un gas diat#ico A-B incoloro= inodoro e inspido 7 #u7 reacti+o "de#s= constitu7eaproi#ada#ente el 65M de la #asa en el uni+erso

Fue descu3ierto en 16


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#(todo es #u7 ?til para su produccin a pe@ue9a escala en el la3oratorio= pero es un

#(todo @ue resultara #u7 caro industrial#ente de3ido a los productos @u#icos necesarios

Obtencin de hidrgeno a partir de hidrocarburos:Co#o por e4e#plo= el #etano AC;B

o el gas natural

Fotlisis del agua:Consiste en la disociacin del agua en hidrgeno 7 ogeno directa#ente

utilizando la energa solar "?n no es posi3le realizar la fotlisis artificial#ente= pero se han

descu3ierto #icro algas @ue s la realizan= 7 @ue podran ser utilizadas para este fin en el

futuro

Electrlisis del agua:La electrlisis fue descu3ierta accidental#ente en el a9o 1/.. porJillison >icholson= 7 #s tarde= Aentre 1/22 7 1/2


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el agua #ediante la electrlisis en hidrgeno 7 ogeno= 7 luego= al @ue#ar ese hidrgeno con ese

ogeno o3tendre#os la #is#a cantidad de agua @ue tena#os al principio

$or ello= el hidrgeno es una de las posi3les fuentes de energa del futuro= 7a @ue no pierde su

energa co#o hacen las pilas 7 3ateras= 7 al#acena una cantidad #ucho #a7or "de#s 7 a

diferencia de los hidrocar3uros= el hidrgeno no conta#ina 7a @ue= co#o he#os co#pro3ado= laco#3ustin del hidrgeno produce ?nica#ente +apor de agua

-"l#acena#iento 7 transporte

*l gran incon+eniente= 7 por el @ue a?n no se utiliza el hidrgeno co#o co#3usti3le es @ue es tan

reacti+o @ue es #u7 peligroso al#acenarlo co#pri#ido Aco#o se hace con #uchos otros gasesB= 7a

@ue eplota +iolenta#ente $rue3a de su peligrosidad es el dirigi3le Einden3urg= @ue eplot en

una in#ensa 3ola de fuego a causa del hidrgeno @ue contena

"un con ese gran riesgo= en la industria aeroespacial el hidrgeno se e#plea co#pri#ido en estado

l@uido a #u7 3a4as te#peraturas= gracias a las altas #edidas de seguridad

Prototio de tan&ue de almacenamiento de hidrgeno l&uido

"ctual#ente se estn in+estigando otros #(todos para al#acenar el hidrgeno= uno de ellos se 3asa

en @ue el platino 7 otros #etales lo a3sor3en co#o una espon4a

a#3i(n se in+estigan otros #(todos para producirlo Ein situ a partir del gas natural= por e4e#plo

Qno de los incon+enientes del al#acena#iento del hidrgeno es @ue se necesita #a7or cantidad

para o3tener la #is#a energa @ue otros co#3usti3les "ctual#ente= por cada litro de gasolina se

necesitaran cuatro litros de hidrgeno l@uido

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a7 @ue tener en cuenta @ue a?n no se ha conseguido eplotar todo el potencial del hidrgeno

"de#s= el hidrgeno es #uchsi#o #as ligero @ue otros co#3usti3les

1;


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Captulo ))): "plicaciones energ(ticasLas aplicaciones energ(ticas del hidrgeno son #u7 +ariadas:

ustitucin de hidrocarburos: *l hidrgeno puede ser e#pleado directa#ente en los#otores de co#3ustin interna "ctual#ente 7a se ha co#pro3ado @ue in7ectando

hidrgeno en los #otores de co#3ustin interna a tra+(s del car3urador= es posi3le arrancar

7 utilizar el #otor= tal 7 co#o si fuese gasolina *sto es lgico= 7a @ue la gasolina est

co#puesta en gran parte por hidrgeno= @ue se encuentra co#3inado con el car3ono para

for#ar los hidrocar3uros $ara utilizar el hidrgeno en los #otores actuales= sera necesario

desarrollar un siste#a de al#acena#iento de hidrgeno co#pacto= 7 ta#3i(n un siste#a

seguro de transporte de hidrgeno al #otorsta podra ser una de las soluciones para cuando se aca3en los co#3usti3les fsiles 7 nos

@uede#os con un #ontn de coches in?tiles

Fusin nuclear:"l fusionar dos to#os de dos istopos de hidrgeno= el deuterio 7 el tritio=

se produce helio 7 una gran cantidad de energa t(r#ica sta energa se puede con+ertir en

energa el(ctrica para el uso do#(stico

"ctual#ente el ser hu#ano a?n no ha logrado producir energa a partir de una fusin

nuclear= 7a @ue se e#plea #s energa en pro+ocar la fusin de la @ue se produce en ella

Los cientficos aseguran @ue en el futuro ser posi3le realizar fusiones nucleares de #anera

controlada= 7 @ue sean econ#ica#ente renta3les

*n la actualidad= una de las fuentes de energa #s de#andadas es la de fisin nuclear sta

consiste en ro#per to#os de un istopo del Qranio= de for#a @ue se genera una gran

cantidad de energa *l pro3le#a es @ue al di+idir los to#os de Qranio= @uedan residuos

#u7 radioacti+os= @ue son #u7 difciles de eli#inar *n su lugar= se guardan 3a4o tierra=

pero esto no puede durar eterna#ente

*n ca#3io= la fusin pro#ete ser la energa del futuro= 7a @ue no produce ning?n residuo

radiacti+o

!ilas de combustible o c"lulas de combustible de hidrgeno:Co#o he#os #encionado

antes= las pilas de co#3usti3le de hidrgeno realizan la co#3ustin del hidrgeno de #anera

controlada para poder o3tener directa#ente electricidad

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*l principio @ue utilizan las pilas de co#3usti3le fue descu3ierto por Christian Friedrich

SchIn3ein en 1/2/ %s tarde= en 1/20= Sir Jillia# Ro3ert Gro+e de#ostr el

funciona#iento de la pri#era pila de co#3usti3le= 3asndose en el tra3a4o de SchIn3ein

a7 #ultitud de tipos de pilas de hidrgeno a7 algunas @ue funcionan a altas

te#peraturas= @ue estn pensadas para su uso industrial= 7 otras @ue funcionan a pocate#peratura A6.!-..CB= pensadas para su uso do#(stico o en +ehculos

"s&uema de %uncionamiento de las ilas de hidrgeno

Las pilas @ue he#os considerado #s i#portantes= de3ido a su si#plicidad 7 prestaciones

son:

!ilas de combustible alcalinas:a#3i(n conocidas co#o Epilas de co#3usti3le

de Francis acon= de3ido a su in+entor Qtilizan co#o electrlito un hidrido=

los @ue se suelen utilizar son la sosa custica A>a,B o el hidrido de potasio

A,B= @ue tiene #e4ores prestaciones @ue el anterior Suelen alcanzarse

rendi#ientos de alrededor del 6.M

ste tipo de pilas es de los #s desarrollados= 7 la >"S" 7a ha utilizado (ste

tipo de pilas en las #isiones "pollo

De3ido a su alto rendi#iento 7 3a4o coste de #ateriales= decidi#os desarrollar

1


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nuestro dise9o eperi#ental en 3ase a (ste tipo de pilas $or ello estudia#os las

reacciones en las @ue estn 3asadas estas pilas:

1 *l hidrgeno reacciona con el grupo ,!para for#ar agua 7 soltar -

electrones:

--N ;,!O;-, N ;e!- *l ogeno se co#3ina con las #ol(culas de agua 7 con ; electrones= para

for#ar ; grupos ,!:

,-N --,N ;e!O;,!

stos grupos ,! se co#3inan con el hidrgeno= 7 as se produce un ciclo

en el @ue se genera agua= 7 se produce un #o+i#iento de electrones @ue

es el @ue genera la electricidad= 4unto con energa t(r#ica

!ilas de combustible !E#A%e#3rana de )nterca#3io de $rotonesB: Qtilizan

un electrlito slido= una #e#3rana de plstico especial @ue slo per#ite @ue la

atra+iesen los cationes N *stn 3asadas en reacciones #u7 si#ilares a las @ue

suceden en las pilas de hidrgeno alcalinas

De3ido a (ste electrlito slido= son pilas #u7 ligeras= fia3les 7 ro3ustas= 7 por

ello= a?n teniendo slo un


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hidrgeno de la for#a #s se#e4ante a una 3atera= de #anera @ue la carga#os con

electricidad= utilizando la electrlisis en el #o#ento= 7 no aportando hidrgeno

directa#ente

1/


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Captulo )8: Dise9o eperi#ental

1)ntroduccin

ste captulo trata de el dise9o 7 construccin de nuestra pila de hidrgeno

Desde la eleccin del te#a de (ste tra3a4o= decidi#os realizar una de (stas pilas= 7a @ue no nos

confor#a#os con slo conocer su funciona#iento

"s @ue 3usca#os #ucho a tra+(s de internet para encontrar dise9os sencillos de pilas de hidrgeno

*ncontra#os +arios dise9os de pilas fciles de construir= pero la #a7ora de ellas necesita3an el uso

de una E#e#3rana de interca#3io de protones A$*% U $roton *change %e#3raneB co#o

electrlito= un ele#ento @ue no es #u7 fcil de conseguir

$or ello elegi#os las pilas alcalinas co#o alternati+a= 7a @ue utilizan co#o electrlito un hidrido=

nosotros he#os utilizado >a, Aidrido de sodio U Sosa custicaB= @ue es #u7 fcil de

conseguir en la zona de li#pieza de cual@uier super#ercado

Co#o #(todo de unin de piezas= nos decanta#os por el pega#ento ter#ofusi3le= @ue al ser

plstico fundido 7 no un pega#ento @u#ico= no se dilu7e en el agua= ni reacciona con la sosa

custica

*ntonces= de recreo en recreo= fui#os al la3oratorio de @u#ica 7 nos pusi#os #anos a la o3ra con

los pri#eros eperi#entos

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-*peri#entos iniciales

*n el la3oratorio= co#enza#os pro3ando sencilla#ente la electrlisis del agua:

"lectrlisis en el laboratorio

>os di#os cuenta de @ue no se produca el suficiente flu4o de hidrgeno co#o para ser utilizado en

una pila de hidrgeno $or ello= in+estiga#os otras reacciones @ue lo produ4esen en #a7or cantidadFue entonces cuando nuestro profesor de Vu#ica nos ense9 @ue= al introducir un #etal co#o el

Winc en una disolucin de cido clorhdrico AClB= se li3era #ucho hidrgeno *sto es perfecto para

de#ostrar el funciona#iento de una pila de hidrgeno en el la3oratorio

Luego= solucionado el pro3le#a de la o3tencin del hidrgeno= e#peza#os a pensar en c#o sera

nuestro dise9o de pila de hidrgeno

*n ese #o#ento= nuestro profesor de Vu#ica nos ense9 el funciona#iento de una pila de

-.


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concentracin= por@ue pensa3a @ue las pilas de hidrgeno funcionan de esa #anera= pero #as tarde

descu3ri#os @ue no es as ste tipo de pilas pueden funcionar #ediante hidrgeno= pero en (ste

caso utiliza#os @u#icos l@uidos por #s facilidad

Pila de concentracin generando 123 voltios

-1


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2$rototipos

Los pri#eros prototipos los fa3rica#os siguiendo los es@ue#as de funciona#iento de las pilas de

hidrgeno= esto es= con dos electrodos separados por un #aterial deno#inado electrlito

Decidi#os realizar nuestra pila con electrodos de acero inoida3le= de3ido a su 3a4o coste 7

resistencia a la corrosin= 7 co#o 7a he#os #encionado antes= utiliza#os una disolucin de sosa

custica co#o electrlito= de3ido a su fcil ad@uisicin 7 3uen rendi#iento

Los electrodos los fa3rica#os a partir de #alla fina de acero inoida3le= etradas de unas tapas

anti!salpicadura para sartenes:

#alla %ina y estroa4o de acero ino5idable

a#3i(n pensa#os en usar estropa4os de acero inoida3le= pero (stos se oida3an #as fcil#ente

@ue la #alla

>uestro pri#er dise9o esta3a for#ado por un tu3o de plstico Aun tu3o gastado de E"ero!RedB al@ue realiza#os un agu4ero en la 3ase e introduci#os un tu3o fino de plstico Ade los utilizados en

los acuariosB= por el @ue fluira el hidrgeno

Luego= #as o #enos a la #itad del tu3o pega#os trans+ersal#ente un trozo circular de #alla

inoida3le= a la @ue conecta#os un ca3le @ue sera uno de los polos de la pila

*nci#a de la #alla coloca#os un disco de algodn= 7 so3re (l pega#os otro trozo de #alla

inoida3le= con otro ca3le conectado co#o el otro polo de la pila

--


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6uestro rimer intento de ila de hidrgeno

"s= para hacer funcionar la pila= e#papa#os el algodn con la disolucin de >a,= e hici#os fluir

el hidrgeno= generado a partir del cido clorhdrico 7 el Winc= por el tu3o

Primeras ruebas de nuestro rimer rototio

Los resultados eran 3uenosH conecta#os la pila a la fuente de hidrgeno= e#papa#os el algodn de

la disolucin de >a,= 7 co#enza#os a #edir una corriente de .< +oltios

Con esa electricidad pudi#os hacer un poco de ruido con un alta+oz= co#pro3ando as la eistenciade esa corriente

>o nos @ueda#os confor#es con tan poca corriente= as @ue segui#os in+estigando= hasta dar con

unos grficos de un li3ro @ue #uestran @ue las pilas de hidrgeno alcalinas funcionan #e4or cuanta

#as presin 7 te#peratura halla en en el electrlito La presin no la poda#os controlar= pero s la

te#peratura

$or ello decidi#os calentar nuestra disolucin de >a, para a9adirla a nuestra pila casi a la

te#peratura de e3ullicin= 7 +ol+i#os a #edir el +olta4e:

-2


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Segunda rueba7 aumentando la temeratura del electrlito

*l +olta4e no se ele+ de#asiado= #ucho #enos de lo @ue nos esper3a#os= pero (se no fue el

pro3le#a= sino @ue descu3ri#os @ue la pila produca electricidad al aplicar el electrlito= pero sin

tener conectada la fuente de hidrgeno Co#pro3a#os @ue el +olta4e generado no +aria3a en

a3soluto al conectar el hidrgeno= lo @ue nos hizo suponer @ue no se esta3a produciendo la reaccin

esperada= sino otra desconocida @ue no tena nada @ue +er con la de las pilas de hidrgeno

Co#o ?lti#o intento de este dise9o= decidi#os au#entar la superficie de los electrodos= utilizando

-;


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un recipiente de plstico #s grande= 7 siguiendo el #is#o procedi#iento @ue para la anterior= la

pro3a#os:

8ercera rueba7 aumentando la suer%icie de los electrodos

sta pila era significati+a#ente #s grande @ue la anterior= sin e#3argo= funcion eacta#ente

igual *sto nos hizo definiti+a#ente 3uscar otro dise9o de pila de hidrgeno

De3ido al fracaso= decidi#os +ol+er a la idea principal de la pila de hidrgeno "s @ue= despu(s de

otra 3?s@ueda de infor#acin= encontra#os un dise9o #u7 si#ple= @ue se a4usta3a perfecta#ente a

nuestras necesidades

ste consiste en un recipiente lleno de la disolucin de >a,= en el @ue se han llenado 7 colocado

in+ertidos dos tu3os de ensa7o *n cada tu3o se introduce un electrodo= 7= #ediante una fuente de

ali#entacin= produci#os la electrlisis en el interior de los tu3os= llenando un poco los tu3osH uno

de hidrgeno= 7 el otro de ogeno

Luego= se desconecta la fuente de ali#entacin= 7 7a tene#os nuestra pila= ali#entada por el

hidrgeno 7 el ogeno @ue aca3a#os de generar

-5


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Simle c9lula de hidrgeno roduciendo : voltio

"l conectar el +olt#etro co#pro3a#os @ue se esta3a generando corriente el(ctrica= 7 @ue el dise9o

funciona correcta#ente

"s= nos decidi#os a fa3ricar nuestra pila de hidrgeno en 3ase a (ste dise9o tan si#ple

-


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;Construccin de la pila de hidrgeno

$ara construir nuestra pila= decidi#os unir +arias c(lulas de hidrgeno independientes= para as

poder su#ar sus intensidades el(ctricas

Despu(s de pensar +arias for#as de unir las c(lulas= nos decanta#os por un dise9o rectangular 7

des#onta3le= para facilitar el ca#3io 7 li#pieza de los electrodos *legi#os utilizar 12 c(lulas= @ue

haran @ue la pila tu+iese unas #edidas razona3les a#3i(n decidi#os fa3ricarla en plstico

transparente Aen nuestro caso #etacrilato= para e+itar la corrosinB= para poder apreciar su

funciona#iento

Cada c(lula est for#ada por un tu3o ancho de 2 c# pegado a una placa de #etacrilato= a #odo de

recipiente de contencin del electrlito= en el @ue se insertan dos tu3os #s finos Ade 1- c#B=

tapados en su parte superior #ediante otra placa de #etacrilato

Dentro de los dos tu3os interiores estn colocados los dos electrodos= cada uno en un tu3o

*sto es igual @ue el ?lti#o eperi#ento realizado en el apartado anterior= pero #ucho #s

co#pacto

"s= para construir nuestra pila= fueron necesarios los siguientes #ateriales:

1 u3os de #etacrilato Ade 2.-


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Co#enza#os a fa3ricar nuestra pila de hidrgeno cortando los tu3os de #etacrilato:

;tilizamos una sierra esecial ara cortes a


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#arcamos las lacas y realizamos los cortes con una sierra de calar

Luego pega#os los tu3os anchos en su lugar #ediante pega#ento ter#ofusi3le= 7 co#pro3a#os su

estan@ueidad:

Detectamos varias %ugas al llenar los tubos de agua7 as &ue las localizamos comrobando las uniones mediante una

linterna y las rearamos desde el interior de los tubos

Despu(s de reparar las fugas= se9ala#os so3re la otra placa de #etacrilato la posicin de los tu3os

finos= 7 los pega#os en su lugar= pro3ando a cada tu3o pegado si las dos partes de la pila enca4a3ancorrecta#ente:

Los resultados %ueron muy satis%actorios

-0


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Las dos mitades enca4an a la er%eccin

*ntonces corta#os pe@ue9os trozos rectangulares de la #alla de acero inoida3le= a #odo de

electrodos= 7 los solda#os a los ca3les Decidi#os utilizar unos 2. c# de ca3le por cada electrodo:

8odos los electrodos son e5actamente iguales

Cuando 7a tu+i#os los -< electrodos listos A- por cada una de las 12 c(lulas de hidrgenoB=

realiza#os un agu4ero enci#a de cada c(lula= para poder sacar hacia arri3a los ca3les:

>ealizamos los agu4eros con un taladro y los limamos a mano

2.


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Luego #onta#os los electrodos en nuestra pila:

?nsertamos los electrodos or aba4o7 y sacamos cada ar de cables or la arte suerior de la ila

Pa casi ha3a#os aca3ado= slo @ueda3a organizar un poco los ca3les= realizando un nudo para @ue

no se #o+iesen= 7 conectando todas las c(lulas de hidrgeno en paralelo= para poder cargarlas:

$% al fin ten&amos nuestra pila de hidrgeno'

"hora solo falta3a pro3arla

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5$rue3a de la pila

$ara pro3ar la pila= pri#ero ha3a @ue llenarla de la disolucin de sosa custica

$ara ello= utiliza#os un 3arre9o @ue llena#os un poco #s de la #itad de agua= a9adi#os ;

cucharadas de sosa custica 7 re#o+i#os con una +arilla

*n el 3arre9o introdu4i#os 3oca arri3a la 3ase de la pila 7 ta#3i(n la parte superior con los

electrodos Luego= sin sacar la parte superior del agua= la coloca#os 3oca a3a4o= 7 la enca4a#os con

la parte inferior= @uedando as los tu3os superiores llenos co#pleta#ente de agua

Los tu3os de la 3ase se @uedaron llenos hasta la #itad= inclinando ligera#ente la pila para escurrir

el agua so3rante:

La oeracin de llenado es muy rida

ras el llenado= seca#os 3ien la pila 7 la conecta#os a la fuente de ali#entacin= para cargarla de

hidrgeno 7 ogeno #ediante electrlisis Conecta#os todas las c(lulas en paralelo= por@ue se

necesitara #ucho +olta4e para cargarlas en serie:

La carga de la ila llev unos 3 minutos7 aun&ue no la cargamos del todo

2-


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Luego desconecta#os la fuente de ali#entacin= 7 conecta#os todas las c(lulas en serie

"s #edi#os un +olta4e de 0 +oltios= @ue 3a4 7 se esta3iliz a 65 +oltios:

Con (ste +olta4e pudi#os encender un L*D de alto 3rillo= e incluso un pe@ue9o #otor el(ctrico:

Funcion incluso conectando slo ; de las c(lulas

$Eure(a'Final#ente= slo tu+i#os @ue +aciar la pila de hidrgeno de l@uido 7 en4uagarla 7 secarla 3ien para

e+itar @ue se oidasen los electrodos

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Conclusiones"l finalizar este pro7ecto de in+estigacin he#os llegado a las siguientes conclusiones:

Sie#pre @ue se haga una in+estigacin se de3e de tener en cuenta del #aterial 7 los recursosde los @ue +as a poder disponer= para as poder planearlo de for#a adecuada

Las in+estigaciones prosperan de #e4or #anera cuando +arias personas se a7udan en +ez de

co#petir por un #is#o fin= (sta es una de las cosas #s i#portantes @ue he#os aprendido

" la sociedad no le gusta or ha3lar de nue+as energas @ue necesiten financiacin para

in+estigarlas= prefieren continuar con las @ue han +enido utilizando hasta la fecha sini#portar lo da9inas @ue puedan resultar para el #edio en el @ue +i+i#os o @ue no sean

reno+a3les

*s necesario @ue en nuestra sociedad se in+estiguen 7 se ahonde #s en otro tipo de

recursos energ(ticos= por @ue lo @ue esta#os consiguiendo con el uso continuado de

co#3usti3les fsiles es slo e#peorar la situacin "un@ue nos generan energa 3arata= los

da9os secundarios son enor#es >o slo los co#3usti3les fsiles si no ta#3i(n cual@uier

otro tipo de recurso energ(tico @ue de4e residuos @ue no sea#os capaces de reciclar

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"gradeci#ientosVuere#os #ostrar nuestro agradeci#iento hacia las siguientes personas @ue han hecho posi3le la

creacin de este tra3a4o:

%& Car#en San 'os(: >uestra profesora de Ciencias para el #undoconte#porneo Gracias a ella he#os realizado (ste tra3a4o= con el @ue he#os aprendido

#ucho so3re las pilas de hidrgeno

Carlos Gonzlez lanco:>uestro profesor de Fsica 7 Vu#ica >os de4 usarel la3oratorio del instituto para nuestros eperi#entos 7 nos a7ud #uchsi#o con el

contenido terico

Carlos Gonzlez:>uestro profesor de tecnologa >os a7ud con la construccin dela pila de hidrgeno

*din lo#:o de Carlos a#3i(n nos a7ud con la construccin de nuestra pilaAnos de4 usar su sierra de cortes a 0.B

XXX%uchas gracias a todos por +uestra a7udaYYY

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Fuentes

i3liografa *GZG echnical Ser+ices: Fuel Cell Handbook. *s un docu#ento #u7 etenso @ue

contiene toda la infor#acin actual so3re las pilas de hidrgeno

"ctual#ente ha7 once ediciones= cada una est actualizada con los datos conocidos en la

fecha en @ue se pu3lic >osotros he#os e#pleado la 5& edicin= pu3licada en ,ctu3re del

a9o -... a#3i(n re+isa#os la s(pti#a edicin= pero no aporta3a ninguna diferencia

respecto a la infor#acin @ue 3usc3a#os

*st escrito en ingl(s= 7 se puede descargar gratuita#ente de internet desde la siguiente

QRL: http:[[fuelcellsorg[info[li3rar7[fchand3ooKpdf

>uestro profesor de Fsica 7 Vu#ica: Carlos Gonzlez Blanco

$ginas e3 utilizadas http:[[esiKipediaorg[iKi[Celda\de\hidrMC2M2geno

http:[[en3uenas#anosco#[articulos[#uestraaspTart]05;

http:[[portalplanetasednaco#ar[hidrogenoht#

http:[[energiasli#piasorg[el!hidrogeno!co#o!fuente!de!energia[

http:[[esiKipediaorg[iKi["lKaline\fuel\cell

http:[[eniKipediaorg[iKi[*lectrol7sis\of\ater

http:[[nescientistco#[article[dn1


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http:[[a#ericanhistor7siedu[fuelcells[3asicsht#

http:[[esiKipediaorg[iKi[ecnologMC2M"Das\del\hidrMC2M2geno

http:[[esiKipediaorg[iKi[idrMC2M2geno\lMC2M"D@uido

http:[[cientificosaficionadosco#[tecnicas[hidrogenoM-.electroliticoht#

http:[[ele#entalaardspaceco#[eperi#entos[hidrogenoht# http:[[ph7sicsu3cca[^outreach[ph7s;-.[p;-.\.2[shane[titleht#

http:[[cientificosaficionadosco#[pilasM-.deM-.co#3usti3le[pilasM-.de

M-.co#3usti3leht#

)#genes $ginas 6 7 /: http:[[eniKipediaorg[iKi[Fuel\cell

$ginas 0 7 1.:

http:[[nescientistco#[article[dn1

la pila de hidrÓgeno

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