Apple apuesta por usar pilas de hidrógeno.. ¿le puede salir agua a tu futuro smartphone?

De acuerdo al diario The Telegraph, la compañía Apple ha solicitado recientemente (en dos documentos) a la oficina de patentes de E.U. el uso de pilas de hidrogeno.  Esta filtración de información es factible y bien podría brindarnos futuros laptops y smartphones mucho más ligeros y delgados de los que ahora contamos.  Ahora bien, en palabras llanas: ¿qué es un pila de hidrogeno?

Una pila de hidrogeno es…

Actualmente, las pilas que regularmente utilizamos funcionan a base de reacciones químicas para producir energía eléctrica.  Lamentablemente en el proceso también producen desechos químicos muy tóxicos y difíciles de degradar.

Como bien nos cuenta Pedro Gómez Romero en un artículo, en una pila de hidrogeno, la energía química se convierte directamente en energía eléctrica a través de una reacción electroquímica, alcanzando valores de eficiencia de hasta aprox. 70%, lo cual se considera alto.  El dispositivo es conceptualmente muy simple; una celda de hidrogeno individual está formada por dos electrodos separados por un electrolito que permite el paso de iones pero no de electrones.  En el electrodo negativo tiene lugar la oxidación del combustible (normalmente H2, de donde se toma el nombre de la pila de hidrogeno, aunque puede ser también metanol u otras sustancias) y en el electrodo positivo se produce la reducción del oxígeno del aire.  Las reacciones que tienen lugar son las que se indican en la figura siguiente, donde también se muestra un esquema conceptual del dispositivo.

Esquema de funcionamiento de una pila de combustible y reacciones fundamentales. | Imagen basada en la Wikipedia

De este modo, los iones de H+ migran a través del electrolito mientras que los electrones (e-) circulan a través del circuito externo; es decir, se obtienen la corriente eléctrica que puede hacer funcionar a nuestro aparato electrónico. Como material de desecho lo que se obtiene es agua pura, la cual parece que la podemos consumir.  De cierto es que contamos con sistemas excelentes de filtraje de agua, tanto que incluso algunos astronautas beben su propia orina después de ser filtrada ;) Por lo cual beber agua proveniente de una pila de hidrogeno es poco descabellado.

Ahora bien, para generar más voltaje, las celdas se conectan en serie (igual que las pilas comunes) hasta que se obtiene el voltaje necesario para encender un teléfono celular, por ejemplo.

Sin embargo, se requiere una energía eléctrica inicial que comience la reacción química en la pila de hidrogeno.  Después la ganancia de electricidad producida en la pila es mucho mayor.  De hecho, la energía eléctrica inicial se obtiene de otra fuente de energía; por ejemplo: energía solar o eólica.  Actualmente, las investigaciones sobre el uso masivo de las pilas de hidrogeno se enfocan en su almacenamiento y transporte. Con todo, observando tendencias,  vaticino que en cinco años se tendrán pilas de hidrogeno en el mercado.

Un viejo conocido redescubierto

Las pilas de hidrogeno se conocen desde el año de 1839. Pues el inglés William Grove (ilustrado en la figura 2), en uno de sus primeros experimentos, unió en serie cuatro celdas electroquímicas, cada una de las cuales estaba compuesta por un electrodo con hidrógeno y otro con oxígeno, separados por un electrolito (como se ve en la figura 3), de la reacción electroquímica del hidrogeno y oxigeno se generó la corriente eléctrica.

Sir William Robert Grove (1811 – 1896), jurista de profesión y físico de vocación

En ese momento, este experimento solo fue tomado como una curiosidad más de la naturaleza, sus aplicaciones tendrían que esperar un tiempo.

Grove usó cuatro celdas grandes, con H2 y O2 para producir energía eléctrica que a su vez se podía usar para generar hidrógeno y oxígeno (en la celda superior, más pequeña)

Es fácil de hacer una pila de hidrogeno

Realizar un experimento de pilas de hidrogeno es tan fácil que en el siguiente video, estos chavales de bachillerato nos muestran con orgullo como realizaron la suya en el Instituto.  Su diseño es simple: consiste de un recipiente lleno de una disolución de sosa caustica (NaOH – hidróxido de sodio), que funcionará como el electrolito. También utilizan un metal (acero inoxidable) en una solución de acido clorhídrico (HCl) para producir hidrogeno.

Por otro lado, construyeron una serie de tubos donde se encuentran otros tubitos invertidos de ensayo.  En cada tubito se introduce un electrodo (acero inoxidable), y mediante una fuente de alimentación externa, producen la reacción química (electrólisis) en el interior de los tubos.  Los tubitos se llenan de gas; uno de hidrógeno, y el otro de oxígeno.  Después, se desconecta la fuente de alimentación externa, y se logra obtener la pila, alimentada por el hidrógeno y el oxígeno acabado de generar. El siguiente video muestra el experimento.

Imagen de previsualización de YouTube

Efectivamente, realizar un experimento de celdas de hidrogeno es sencillo, con la supervisión adecuada para evitar accidentes.  Por tanto, sólo falta esperar que los prototipos comerciales de celdas de hidrogeno alcancen la miniaturización, aumenten su eficiencia y vida útil para que sean parte de nuestra tecnología cotidiana.  Así, en un futuro cercano, de tu teléfono celular o laptop podrías obtener el agua para hacerte un café gracias a sus pilas de hidrogeno :)

22 Comentarios

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Don Mostrenco

Un modo barato (y peligroso) de producir hidrógeno es mediante las famosas bombas de aguafuerte, conocidas por todo vándalo que se precie. La reacción principal que se da en ellas es la siguiente:

6HCl +2Al –> 3H2 + 2AlCl3

A aquellos que, como a mí, se les haya ocurrido acercar una llama al hidrógeno, no hace falta explicarles cuán energética es la reacción ni porqué debe realizarse en celdas electroquímicas en lugar de “a pelo”.

Don Mostrenco

Supongo que, siguiendo el espíritu de los tiempos que corren, debería añadir éste apéndice:

No lo hagan en casa. Por si no lo han adivinado, el resultado de quemar hidrógeno es una explosión.

César

He leído la noticia y estoy como grogui. No sé por dónde empezar. Cuando me pasa eso suelo recurrir a números y a ser muy esquemático. Si alguien tiene interés en que amplíe algo que lo diga.

1. Terminología:
Decir que lo que separa ánodo y cátodo es un electrolito (a secas) y que no deja “pasar” electrones deja a cualquiera en cortocircuito. Démonos cuenta que el agua con sal disuelta es un electrolito y los electrones circulan por ella, como la introducción de un secador funcionando en una bañera llena con sales de baño incorporadas demuestra de forma espectacular. Aquí, sin más datos, debemos asumir que estamos ante una resina de intercambio de hidrógeno: se trata de un material polimérico aislante pero que permite el acoplamiento y desacoplamiento fácil de protones (H+) en su estructura; por tanto si hay un gradiente de concentraciones a ambos lados habrá un flujo de protones pero no de electrones.

2. Catalizadores:
Un elemento crítico, y no mencionado, en la pila de combustible son los catalizadores. Parece que las reacciones ocurren por arte de birlibirloque. Para que el hidrógeno se descomponga es necesario la presencia de un catalizador, habitualmente platino. Es muy probable que la patente tenga que ver de forma fundamental con la naturaleza de los catalizadores porque es crítico para la eficiencia y una fuente de coste muy importante. En el cátodo es necesario otro catalizador para controlar la reacción, habitualmente níquel.

3. Electrolito y agua:
Puede que la patente tenga que ver con el electrolito también, puesto que el rango de temperaturas máximas al que puede funcionar una resina es del orden de 40ºC, algo fácilmente alcanzable por un dispositivo funcionando al sol. Por otra parte las resinas hay que mantenerlas húmedas; ello implica mantener un flujo de agua continuo, lo que implica tener una “bomba” que lo haga. En el caso de que el electrolito no necesite agua, habrá que disponer de un sistema que se deshaga de ella. Por otra parte donde hay agua hay vida: aunque sea de mucha pureza cuando se genera, con el aire entrarán microorganismos que podrán proliferar dentro del dispositivo. ¿Será la enfermedad de moda la i-legionela?

4. Movimiento de gases:
Tanto el hidrógeno como el aire son gases a temperatura ambiente. Esto quiere decir que hay que llevarlos a las celdas en una cantidad adecuada. Hacen falta ventiladores, por tanto, que ocupan un espacio y consumen energía ellos mismos. Hacen ruido además, y se rompen y se obturan.

5. Gestión de la energía térmica generada:
La reacción global es fuertemente exotérmica. Harán falta más ventiladores, funcionando en continuo además.

6. Seguridad:
El hidrógeno es un gas explosivo. No sólo eso, suele hacerlo con mucha facilidad. ¿Estará la patente en una forma de almacenarlo en forma segura? Es que los teléfonos, incluidos los i-cosas, tienen el vicio de caerse al suelo.

7. Medio ambiente:
El uso de células de combustible basado en hidrógeno es muy limpio y relativamente poco contaminante. Pero primero hay que generar el hidrógeno. ¿Qué fuente energética se va a emplear para conseguirlo? y, lo que puede ser hasta más importante, ¿a partir de qué materia prima? ¿Agua? [no creo, muy costoso] ¿Etanol? [posible, pero el etanol tiene otros usos] ¿Metanol? [es más factible]¿Habrá campos de cultivo en el tercer mundo dedicados a cultivar las materias primas necesarias para obtener el hidrógeno que consuman los pijófonos del primer mundo, incrementando de esa manera el precio de los alimentos? [que esto ya ha pasado con los "biocombustible"].

Lo anterior como puede comprenderse es especulativo, pero algunos puntos son incontrovertibles. Lo que sí me atrevo a decir es que esto para teléfonos le veo demasiados problemas y para portátiles ahí le anda. A mi me suena mucho a propaganda ecopijoguai, pero bueno. Y aquí lo dejo hasta tener más datos.

Ya me callo.

ErrepuntoErrepunto

Razón tiene usted, hasta que no se consiga una fuente barata y renovable de hidrógeno, las pilas de hidrógeno serán un tanto inviables…

ManoloManolo

A ese catálogo de dificultades yo añadiría otro: la membrana de resina polimérica es un material caro y, sospecho, que se ensucia con facilidad lo que requeriría un mantenimiento que contribuye a elevar el precio y a hacer el sistema poco usable.

¿Quizá resida ahí el tema de la patente?

DarylDaryl

El principal problema es la gestión de residuos durante su uso. ¿un dispositivo que este soltando gotitas de agua o nubecitas de vapor durante su uso? Poco factible lo veo.

Otro problema es la recarga. Ahora puede encontrar (normalmente) un enchufe en cualquier lado. ¿como recargas una pila de hidrogeno? ¿cambias la pila por otra cargada o llevas un bote, como los antiguos de gas para los mecheros, para las recargas?

Al menos, si fuera un cachondo como Bender en futurama seria gracioso y una brillante escusa para ir al bar a tomar cervezas ¡es que tengo que recargar con alcohol el aparatito!

El hidrogeno por muy limpia que sea su fama ni es renovable ni es tan limpio. Ahora mismo producir hidrogeno a partir de agua (electrolisis) o de otras reacciones (como la del experimento de los niños) es MAS CARO que la energia producida despues. La unica manera rentable es extraerlo de combustibles fosiles, en concreto del gas natural. Y de renovable nada. Hidrogeno que se gasta hidrogeno que no vuelve. Hay ciclo de CO2 pero no hay ciclo de H2. El H2 escapa de la tierra y se larga al espacio.

Ahora mismo, por ejemplo, se están construyendo en España submarinos propulsados con pilas de hidrogeno http://www.elconcreto.com/2011/09/01...propulsion/ ,

¿De donde extaera el H2? de “Bioetanol” . Un pan como unas tortas. Menos mal que submarinos habrá poquitos. Imaginemos millones y millones de pijoaparatitos: te tienes que tomar el cafe sin azucar, ni pastas, ni bollos, para que se pueda fabricar el bioetanol.

Txema

“Hidrogeno que se gasta hidrogeno que no vuelve. Hay ciclo de CO2 pero no hay ciclo de H2. El H2 escapa de la tierra y se larga al espacio.” ¿Perdón? Si el hidrógeno se transforma en agua ¿como se va a escapar al espacio? Y no existe ciclo del CO2, es ciclo del carbono.

Hermes

Wenas ,interesante entrada , pero hace ya muchos años que las pilas de hidrogeno existen y siempre se han topado con muchos impedimentos fisicos para poder desarrollarlas. espero que esas patentes puedan dar mas posibilidades para su desarrollo aunque lo veo lejano, por las muchas cosas que se explican ya en los comentarios. Y quizas deberiamos hacernos la pregunta de que si ¿es necesario realmente que la bateria de los dispositivos tenga que durar tanto? todo dependera de para que uses el dispositivo,y aqui viene la definitiva ,Entonces si la aplicacion que le doy es simplemente comunicarme¿Cuanto duraria un bateria de polimero de litio en un alcatel one touch easy?, que no tenia casi ni agenda. yo opino que estamos mas enfrascados en tener gadgets que hacen miles de cosas a coste de bateria , y sin embargo no sabemos ni utilizarlos , ejemplo. bluetooht y wifi encendidas continuamente , decenas de aplicaciones abiertas actualizandose, y siempre estamos quejandonos de que poco duran las baterias , pero la verdad es que las baterias han mejorado muchisimo ,pero no lo suficiente a la necesidad humana.gracias un saludo a todos.

TyrelTyrel

Aprovechando la coyuntura, me gustaría proponer un artículo sobre la aplicación de la electrólisis del agua a motores de combustión (los llamados “Generadores de HHO para coches”). No tengo las cosas claras sobre el tema porque no es mi sector, pero me encantaría un punto de vista crítico.

Saludos

P.D.: felicidades por la web, me encanta la manera en la que se abordan los magufos (o supuestos) en Amazings.

Historia del Derecho

¿Con pilas os referís a baterías? Es decir, si se llegasen a fabricar serían de un solo uso, o recargables?

Si se puede llegar a un coste de producción más bajo, un mayor rendimiento y una menor contaminación seguro que las veremos en breve en el mercado, en cuanto a optimización en Apple suelen procurar a la última.

Saludos

Txema

Recargables con hidrogeno. Es como si a la batería de tu móvil, en vez de recargarla con electricidad la recargaras con litio nuevo.

currascurras

¿Os suena aquello de que la energía no se crea ni se destruye, simplemente se transforma? Usar la electricidad generada por el alternador, con un rendimiento entorno al 50% para hacer electrolisis del agua, y después quemar el HHO en el motor (rendimiento aprox. del 35%) no parece muy buen negocio… para el que lo usa, ya que para el que vende el invento no debe estar mal :-)

Txema

El hidrógeno no se quema (gracias al FSM porque ya deberías sabes que pasa si se quema hidrógeno), reacciona para producir electricidad que se usa para mover un motor eléctrico cuyo rendimiento suele ser del 75%. Son los motores de combustión los que tienen ese rendimiento del 35%.

Txema

Ah, perdón, no sabía que estabas respondiendo a un comentario anterior sobre algo llamado HHO y pensé que habías confundido el concepto.

AguafiestasAguafiestas

De acuerdo con César y otros comentaristas. Desde hace tiempo, las pilas de hidrógeno se ponen de moda cada pocos años. Luego la moda pasa, fundamentalmente por el mismo problema: cómo generar (y almacenar) hidrógeno de una forma viable en términos económicos y de seguridad.
Esperemos la noticia de que ese problema se ha resuelto y mientras tanto pongamos nuestras esperanzas en mejorar la eficiencia de las células fotovoltaicas y la capacidad de almecenamiento de las baterías de Li (o de lo que sea).

BernardoBernardo

Si ha habido gente chalada que ha incrustado turbinas en las suelas de sus deportivas para cargar el móvil mientras camina, nos podemos esperar cualquier cosa.

karenkaren

yo creo que es cuestion de tiempo que saquen y controlen todos lo inconvenientes mencionados anteriormente, si han anunciado eso, es por algo y si este proyecto lleva su tiempo pensado entonces no falta mucho para que se aga realidad, es complicado pero no imposible, yo no soy experto, ni nada, pero se ha avanzado mucho en tecnologia y tambien creo que se puede seguir avanzando, ademas si es verdad lo de apple habran invertido mucho dinero en ello y sinceramente tendran gente muy dotada que trabajara dia y noche en resolver inconvenientes. Los que dicen que no se puede, yo creo que si, un ejemplo de ello es que antiguamente no se veia posible el poder volar era una locura, y miren ahora tenemos aviones y de todo, si han intentado averiguar el origen del universo por que no hacer algo asi? yo creo que tarde o tempreno lo conseguiran, y que tiene que ver esto, pues que como todo lleva un proceso y cuesta, pero al final se consigue y lo que dijeron que no se podia se convertiran en unos de los muchos consumidores y ya.

juan pablojuan pablo

me pregunto si me podrian pasar mas informacion acerca de lo referente a las baterias de hidrogeno a mi correo se los agradeceria mucho soy estudiante de ingenieria u estoy haciendo un proyecto en base a este tema muchas gracias por escuchar

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Información Bitacoras.com…

Valora en Bitacoras.com: De acuerdo al diario The Telegraph, la compañía Apple ha solicitado recientemente (en dos documentos) a la oficina de patentes de E.U. el uso de pilas de hidrogeno.  Esta filtración de información es factible y bien podr……

[...] Las pilas de hidrógeno se conocen desde el año de 1839. Pues el inglés William Grove, en uno de sus primeros experimentos, unió en catálogo cuatro celdas electroquímicas, cada una de las cuales estaba compuesta por un electrodo con hidrógeno y otro con oxígeno, separados por un electrolito, de la reacción electroquímica del hidrogeno y oxigeno se generó la corriente eléctrica. En ese momento, este experimento solo fue tomado como una inquietudesmero más de la naturaleza, sus aplicaciones tendrían que esperar un tiempo. Es elemental de hacer una pila de hidrogenoRealizar un experimento de pilas de hidrogeno es tan elemental que en el siguiente video, estos chavales de bachillerato nos muestran con pompa como realizaron la suya en el Instituto. Su diseño es simple: consiste de un recipiente lleno de una disolución de sosa caustica (NaOH – hidróxido de sodio), que funcionará como el electrolito. También utilizan un metal (acero inoxidable) en una arreglo de acido clorhídrico (HCl) para producir hidrógeno. Por otro lado, construyeron una catálogo de tubos donde se encuentran otros tubitos invertidos de ensayo. En cada tubito se introduce un electrodo (acero inoxidable), y mediante una fuente de alimentación externa, producen la reacción química (electrólisis) en el interior de los tubos. Los tubitos se llenan de gas; simple de hidrógeno, y el otro de oxígeno. Después, se desconecta la fuente de alimentación externa, y se logra obtener la pila, alimentada por el hidrógeno y el oxígeno acabado de generar. El siguiente video muestra el experimento. Efectivamente, efectuar un experimento de celdas de hidrogeno es sencillo, con la supervisión adecuada para prevenir accidentes. Por tanto, sólo falta esperar que los prototipos comerciales de celdas de hidrogeno alcancen la miniaturización, aumenten su eficiencia y existencia ventajoso para que sean parte de nuestra tecnología cotidiana. Así, en un venidero cercano, de tu teléfono celular o laptop podrías obtener el agua para hacerte un café gracias a sus pilas de hidrogeno Esta entrada se publicó como una colaboración en Amazings [...]

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