Las pilas de combustible son el medio más eficiente para transformar energía química en electricidad. Pero la mayoría, u opera a temperaturas altas o precisan de combustible muy rico en hidrógeno. Una empresa startup de Pasadena, CA, Superprotonic, está desarrollando una pila de combustible que puede operar con hidrógeno sucio a temperaturas relativamente bajas. Por lo tanto, podría utilizar hidrógeno proveniente de otros combustibles, como gas natural o etanol, mediante un dispositivo simple llamado “reformador”.

En una pila de combustible, un electrolito se coloca entre un ánodo y un cátodo. Un catalizador que está en el ánodo divide al hidrógeno en electrones y protones. Los protones pueden atravesar al electrolito pero los electrones no. Así que, para que alcancen al cátodo, los electrones deben atravesar un circuito eléctrico externo, donde pueden utilizarse para recargar una batería u operar un dispositivo. En el cátodo, otro catalizador ayuda a que los protones y electrones se combinen con el oxígeno absorbido del aire y formen agua, el único producto de desecho de la pila de combustible.

Las pilas de combustible de Superprotonic dependen de un material llamado ácido sólido, que fue probado primero como electrolito en 2001 por Sossina Haile, una profesora de ingeniería química y de ciencia de los materiales en Caltech. “Lo que hace que nuestra pila de combustible sea especial es la naturaleza de este electrolito”, comenta ella. Las pilas de combustible con ácido sólido funcionan en lo que Haile llama temperatura de Ricitos de Oro, ni demasiado caliente, ni demasiado frío.

Los electrolitos hechos con membranas de polímeros proporcionan mayor potencia de salida por área de unidad, pero requieren de agua para facilitar la conducción de los protones. Consecuentemente, las pilas de combustible de electrolitos de polímeros necesitan termopermutadores para mantener la temperatura del electrolito por debajo de los 100ª C. A esa temperatura, el monóxido de carbono y otras impurezas pueden contaminar a los catalizadores a niveles tan bajos como diez partes en un millón. De ahí que las pilas exijan combustibles muy puros.

Las pilas de combustible de alta temperatura pueden funcionar con otros combustibles cuando se conectan a un dispositivo simple llamado un reformador, que transforma a los combustibles en hidrógeno. Pero le toma un tiempo a las células calentarse, y sus temperaturas de funcionamiento altas (sobre 500ª C) causan desgaste y limitan dónde se poderlas ubicar.

Los ácidos sólidos, sin embargo, son conductivos a alrededor de 250ª C, que es lo suficientemente caliente como para que los catalizadores toleren las impurezas del combustible. El prototipo de Superprotonic de conjunto de pilas de combustible de 50 vatios funciona con cualquier combustible que pueda “reformarse” a hidrógeno, comenta Calum Chisholm, el vicepresidente y fundador de la empresa. Debido a que la actividad del catalizador aumenta con el aumento de la temperatura, las pilas de combustible de ácido sólido del futuro podrán funcionar con mucho menos catalizador, o con catalizadores más baratos que no se activen por debajo de los 100ª C. “Otros materiales se activan a esta temperatura, incluso níquel, cobalto y hierro”, comenta Chisholm.

Sin embargo, la tecnología es nueva y tiene mucho por recorrer antes de llegar a su potencial. “Han hecho mucho trabajo sobre la estructura de los electrodos para mejorar el rendimiento de otros tipos de pilas de combustible”, comenta Robert Savinell, un ingeniero químico en la Universidad de Case Western Reserve, que no está afiliada a Superprotonic. Haile dice que la tecnología de ácido sólido todavía ni se acerca a la eficiencia que puede tener, y que sólo es una cuestión de tiempo antes que alcance a los sistemas basados en polímeros. Superprotonic todavía hace sus pilas una por una y a mano, utilizando más catalizadores de platino que el requerido por cualquier otro tipo de pila de combustible. Haile dice que, mientras tanto, ella y sus colegas de Caltech están “tratando de ver si podemos crear mejores catalizadores con áreas de superficies mayores. Ese es un hito que la empresa tiene que alcanzar”.

Eventualmente, Superprotonic espera desarrollar sistemas de “cogeneración” residenciales y comerciales basados en pilas de combustible, que utilizarían gas natural u otros combustibles comunes para generar electricidad y calor de desecho que calentaría agua. Sin embargo, dada la economía actual y la decepción que surgió en torno de las pilas de combustible durante los últimos 20 años, aproximadamente, la empresa está obrando con cautela. “Lo que le podemos ofrecer a la gente ahora”, dice Chisholm, es un recargador de baterías de 50 a 250 vatios o un generador eléctrico para campamentos o uso militar que emplea lo que él llama “combustibles del mundo real”. Superprotonic está financiada por los militares para desarrollar un cargador de baterías y está hablando con otras empresas respecto a comercializar una versión del cargador para civiles.