Celdas de combustible micro y nano fluídicas, una alternativa limpia para generar energía - Colaboradores* | La Crónica de Hoy
Facebook Twitter Youtube Jueves 29 de Diciembre, 2016
Celdas de combustible micro y nano fluídicas,  una alternativa limpia para generar energía | La Crónica de Hoy

Celdas de combustible micro y nano fluídicas, una alternativa limpia para generar energía

Colaboradores*

Un parámetro de importancia que permite  medir el  avance de la tecnología es el tamaño. Hoy surgen nuevos desarrollos y de forma simultánea a su lanzamiento, se trabaja  en la reducción de las dimensiones  y en incrementar su desempeño.
Actualmente la nanotecnología y el desarrollo sistemas micro/nano-electromecánicos (MEMs /NEMs por sus siglas en inglés)  catapulta el desarrollo de nuevos componentes y dispositivos en aplicaciones en áreas tales como la medicina, química, comunicaciones, aeroespacial y automotriz,  entre otras. La miniaturización de los mismos permite incorporar más funciones, con menor consumo energético.  Sin embargo, la mayor limitante en esta tarea de miniaturización tecnológica se presenta en la fuente de energía.
La batería en los dispositivos móviles de uso cotidiano considera de 20 a 40% del volumen total del dispositivo. Ahora ya se ha incrementado considerablemente la autonomía de la batería y el tiempo de vida. Las actuales baterías de ion-Litio (Li-ion) y de ion-polímero-Litio (Li-Po) constituyen la mejor solución energética; sin embargo aún su eficiencia de conversión sigue siendo limitada así como su tiempo de vida (ciclos de carga y descarga).
Un gran inconveniente de este tipo de batería es su manejo y disposición para minimizar los riesgos asociados con la posible liberación al ambiente de metales potencialmente tóxicos cuando son desechados. Diversas investigaciones van enfocadas a la búsqueda de nuevas soluciones tecnológicas de generación de energía. Las celdas de combustible son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química en energía eléctrica y térmica y se constituyen como una de las fuentes de energía más limpias y eficientes, principalmente debido a que en éstas no se emplea la combustión de algún hidrocarburo, evitando así la producción de contaminantes.
Una celda de combustible es en ciertos aspectos similar a una batería. Poseen un electrolito y dos electrodos (negativo y positivo) y generan electricidad en corriente directa a través de reacciones electroquímicas. A diferencia de las baterías, que sólo pueden suministrar potencia eléctrica por un tiempo definido, la celda de combustible puede operar continuamente mientras sea alimentada con combustible y oxidante (aire).Una nueva generación de celda de combustible que no utiliza una separación física entre el oxidante y combustible, lo que permite una miniaturización del dispositivo es la microcelda de combustible de flujo laminar (MCC).
El flujo laminar en las celdas mantiene la separación del combustible y el oxidante, una reacción ocurre en la superficie de un electrodo positivo que transforma el combustible y del lado negativo se transforma el oxidante; y de esta manera  se completa la reacción generando energía eléctrica, calor y Agua.
El grupo de Sistemas Electroquímicos de Energía (seqe.mx) del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C. (cideteq.mx) y la Universidad Autónoma de Querétaro (ingeniería.uaq.mx) trabajan desde el 2009 en el desarrollo de este tipo de dispositivos de generación de energía, utilizando diferentes combustibles tales como el glicerol, etilenglicol,  ácido fórmico, glucosa, metanol y etanol.
Seis generaciones de celdas se desarrollaron, comenzando con dimensiones de canal de 1000 micras, hasta la última generación donde el líquido fluye por cavidades en el rango de 70-90  nanómetros. En cada generación se optimizan las técnicas de fabricación, materiales, componentes y diseños. También se crearon materiales nanoestructurados de naturaleza inorgánica y enzimática, éstos últimos presentan un gran avance en el desarrollo de materiales biocompatibles para su potencial aplicación como fuente de energía de dispositivos biomédicos implantables que funcionan con suero sanguíneo como combustible.
Además, los diseños y procesos de fabricación se optimizaron incorporando herramientas computacionales para el modelado y construcción con equipos de control numérico de alta resolución.
La actual tendencia es desarrollar dispositivos que cumplan con tres propiedades: la generación de energía, el medio de almacenamiento y la interfaz electrónica para aplicación específica. Estas funciones integradas en un solo dispositivo con dimensiones micro/nanométricas, colocan la tecnología en la categoría de dispositivos Lab On Chip (LOC), los cuales escalan funciones y procesos de sistemas a un microchip. El desarrollo de este tipo de dispositivos implica una tarea interdisciplinaria, se requieren conocimientos en electroquímica,  nanotecnología, electrónica, físico-matemática,  mecánica, informática, biotecnología, biomedicina e ingeniería ambiental. 
Están identificados los grupos a nivel mundial que se tienen interés en esta línea de investigación. El SEQE mantiene colaboraciones con los principales grupos de España, Francia y Canadá. Esta interacción permite que esta tecnología esté cada vez más al alcance del público. La era en que la tecnología pueda funcionar con el residuo de un refresco o bien un marcapasos pueda energizarse constantemente con la sangre permitiendo a una persona seguir con un régimen de vida normal esta próxima, el reactor interno de Iron Man ya no es más ciencia ficción.


* Dr. Luis Gerardo Arriaga Hurtado, Investigador Titular B SNI-2,  Sistemas Electroquímicos de Energía-CIDETEQ . larriaga@cideteq.mx
Dr. Abraham Ulises Chávez Ramírez, Investigador Titular A SNI-1,  Sistemas Electroquímicos de Energía-CIDETEQ . achavez@cideteq.mx
Ing. Alonso Moreno Zuria, Estudiante de Maestría CIDETEQ
Dra. Janet Ledesma García, Docente Investigador SNI-1, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro. janet.ledesma@uaq.mx
Ing. César Rafael Farías Zúñiga, Estudiante de maestría. Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro.

Imprimir

Comentarios