Materiales Nanocristalinos Almacenadores de Hidrógeno

Informe Parcial
Proyecto SIP: 20060768
“Materiales Nanocristalinos Almacenadores de Hidrógeno”
1- La Economía del Hidrógeno
La evolución de los combustibles en la historia, desde el carbón a través del petróleo hasta el gas
natural, ha seguido la dirección del aumento de contenido de hidrógeno, y finalmente debe alcanzar
el hidrógeno puro como punto de destino. La economía de hidrógeno ofrece una visión prometedora
de un futuro con energía abundante, limpia y flexible. El hidrógeno se podría producir directamente
de la luz solar, con procesos fotoelectrolíticos, sin absolutamente ninguna producción de carbono
asociada. El hidrógeno serviría de almacenador de energía para realizar trabajo eléctrico con pilas
de combustible en los sistemas de transporte, con una gran eficiencia de la conversión de energía, y
resultando agua como el único residuo del proceso. El almacenamiento de hidrógeno también podrá
contrarrestar el carácter intermitente de otras fuentes de energía renovable, como la solar y la eólica.
Para poner en marcha esta economía de hidrógeno a escala global, se requieren significativos
avances científicos y técnicos. Pero la economía de hidrógeno proporcionaría beneficios enormes.
Primero, limitar las emisiones de carbono y paliar así el calentamiento global. Además, a medida
que disminuyan en las próximas décadas las reservas accesibles de petróleo, según indican las
estimaciones, una economía de hidrógeno que tome el relevo de los derivados del petróleo, puede
evitar una crisis mundial de grandes proporciones. Sin embargo, la falta de sistemas de
almacenamiento de hidrógeno convenientes (con bajo peso y bajo costo) limita el desarrollo de la
economía de hidrógeno. El hidrógeno tiene más alto contenido de energía por unidad de peso que
cualquier elemento conocido (Fig. 1), pero también es el elemento más ligero que existe (el núcleo
del átomo de hidrógeno es un solo protón). Por lo tanto un volumen de hidrógeno contiene una
cantidad de energía muy baja: los 4 kg de hidrógeno que se necesitan para una distancia práctica de
conducción ocupan 49 m3. El problema del almacenamiento del hidrógeno es reducir este volumen
enorme del gas hidrógeno.
Para que la economía de hidrógeno evolucione, los consumidores necesitarán tener fácil acceso al
hidrógeno, y su almacenamiento será una de las claves. La mejora de los sistemas de
almacenamiento de hidrógeno hará posible los vehículos híbridos, y eventualmente los vehículos de
pila de combustible. La facilidad de almacenamiento de hidrógeno también incrementará
notablemente el valor de mercado y el desarrollo de los sistemas de generación de energía limpia, y
en particular los sistemas de producción de hidrógeno directamente a partir de la luz solar.
Los motores de combustión interna de hidrógeno, aunque no están exentos de emisiones de
carbono, pueden constituir un importante primer paso en la transición a un sistema de transporte
basado en hidrógeno. Las compañías de automóviles podrían seguir usando las plantas de
producción actuales, mientras que el uso de hidrógeno en motores de combustión estimulará la
producción y distribución de hidrógeno, así como avances en los sistemas de almacenamiento de
hidrógeno.
El desarrollo de sistemas de almacenamiento de hidrógeno también servirá para distribuir la red
energética. Actualmente la electricidad se obtiene de redes centralizadas de proporciones
gigantescas. La distribución de electricidad desde el generador hasta el usuario involucra dos pasos
principales: la transmisión, a voltajes altos, y la distribución a bajo voltaje. Existen muchas pérdidas
por la resistencia de las líneas de transmisión y en los transformadores. En grandes redes el costo de
transportar la electricidad supera al de su generación.
Hidrógeno Gas Gasolina Plomo NiCd
NiH
ion Li
Sodio
Figura 1. Energías específicas teóricas (kWh/ton) y densidades de energía (kWh/m3) de varios
combustibles, como la gasolina, el gas natural y el hidrógeno, y sistemas de batería recargable.
2- Nanotecnología y Energía
Recientemente ha comenzado una revolución científica y tecnológica basada en la habilidad de
manipular y organizar sistemáticamente la materia en la nanoescala. La nanotecnología es la
creación de materiales, dispositivos y sistemas funcionales mediante el control de la materia en la
escala de longitud del nanómetro (1-100 nanómetros). En comparación, un tamaño de 10
nanómetros es unas 1000 veces menor que un cabello (Fig. 2).
Figura 2. Nanocables de Enable IPC empleados para realizar baterías minúsculas recargables,
comparados con el tamaño de un cabello humano.
La nanotecnología explota nuevos fenómenos y propiedades (físicas, químicas, mecánicas,
eléctricas, biológicas...) y promete crear nuevos productos y procesos en un amplio espectro de
categorías de productos: electrónica, computación, sensores, materiales estructurales, etc. La
nanotecnología constituye una parte significativa de la inversión en I+D de todas las naciones
desarrolladas. En Europa es una de las líneas prioritarias del VI Programa Marco. En Estados
Unidos el Congreso aprobó la National Nanotechnology Initiative (NNI), con presupuesto de más
de 1.000 millones de dólares para 2006. En España se ha abierto una Acción Especial de
Nanotecnología que se encuentra en curso de resolución.
Particularmente la nanotecnología puede realizar importantes contribuciones para atender el desafío
de una energía limpia a gran escala. Richard E. Smalley es un pionero en la revolución de la
nanotecnología por su descubrimiento de la estructura en forma esférica de C60 conocida como
“bucksminsterfullerene” o simplemente “fullereno”, por la que obtuvo el premio Nobel de 1996.
Los fullerenos han dado lugar a una familia de nanoestructuras de carbono con excelentes
propiedades para numerosas aplicaciones (Fig. 3).
Figura 3. Estructuras de carbono: diamante, grafito,
fullereno, nanotubo.
Smalley ha propuesto que el principal desafío de la nanotecnología es conducir los desarrollos para
una Revolución Energética necesaria, con el fin de producir y distribuir 30 – 60 TW de energía libre
de carbono en 2050. Los principales objetivos de la investigación en nanotecnología para afrontar
el desafío energético según un reciente informe de NNI se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Objetivos de la nanotecnología en el campo de la energía.
1
2
3
4
5
6
8
7
9
Métodos de gran escala para disociar el agua directamente
con la luz del sol para producir hidrógeno.
Transformación fotovoltaica de la luz solar con eficiencia del
20 % y costo 100 veces menor.
Materiales reversibles de almacenamiento de hidrógeno que
operen a temperatura ambiente.
Pilas de combustible, baterías, supercondensadores de bajo
costo, construidos con materiales nanoestructurados.
Líneas de transmisión de potencia capaces de transmitir un
gigawatio.
Iluminación de estado sólido al 50% del consumo de potencia
actual.
Materiales ultraresistentes y ultraligeros para mejorar la
eficiencia de coches, aviones, etc.
Catalíticos altamente selectivos para manufactura limpia y
eficiente energéticamente.
Síntesis de materiales y recolección de energía basada en los
mecanismos eficientes y selectivos de la biología.
3- Almacenamiento de Hidrógeno
El almacenamiento y el suministro efectivo de hidrógeno, producido de fuentes diversas y
destinadas a diversos usos, son elementos clave de la economía de hidrógeno. El uso del hidrógeno
como vector de energía requiere un medio de almacenar el exceso de producto para uso posterior,
de transportar el hidrógeno almacenado desde el punto de producción al de consumo, y de cargar y
descargar hidrógeno en los centros de suministro según las necesidades.
El almacenamiento de hidrógeno para el transporte debe operar con especificaciones estrictas de
volumen y peso (ver Tabla 2), debe suministrar hidrógeno para una autonomía de conducción de
unos 500 Km., y debe permitir cargar y recargar a temperatura ambiente. Los requerimientos de
almacenaje para el transporte son mucho más difíciles de cumplir que los de aplicaciones
residenciales e industriales, y encontrar soluciones a este problema constituye uno de los mayores
desafíos para llegar a la economía de hidrógeno.
Tabla 2. Objetivos de almacenamiento de hidrógeno del programa FreedomCAR
Factor
2005
2010
2015
Energía específica (MJ/kg)
5,4
7,2
9,0
Hidrógeno (%peso)
4,5
6,0
400
Energía específica (MJ/L)
4,3
5,4
9,72
Costo del sistema
9
6
3
($/kg/sistema)
En la actualidad existen medios para almacenar hidrógeno en forma gaseosa o líquida, pero el costo
de la compresión o licuefacción es elevado y los tanques presentan muchos riesgos para el
transporte. El almacenamiento de estado sólido ofrece las oportunidades más prometedoras para
aplicaciones en vehículos.
Almacenamiento de estado sólido
El almacenamiento de estado sólido consiste en la acumulación de hidrógeno en hidruros metálicos,
en materiales de acumulación química, y en nanoestructuras. En estos materiales, el hidrógeno se
puede almacenar tanto reversible como irreversiblemente. En almacenamiento reversible el
hidrógeno se libera aumentando la temperatura a una presión dada. El hidrógeno se vuelve a
acumular mediante control de temperatura y presión. En materiales irreversibles, el hidrógeno se
libera por reacción química con otro elemento, como el agua.
Los materiales sólidos de almacenamiento se dividen en dos categorías. La primera es la de
materiales de almacenamiento “atómico”, como los hidruros metálicos, que requieren la disociación
de la molécula de hidrógeno H2 en dos átomos H, y el enlace de estos átomos con la red atómica
del medio de acumulación. En este sistema los átomos de hidrógeno realmente entran en la red
atómica de un medio sólido (Fig. 4) y se enlazan formando un nuevo compuesto.
La segunda categoría es la de materiales de almacenamiento “molecular” de hidrógeno, los cuales,
debido a su gran área superficial y microporosidad, almacenan hidrógeno en su estado molecular
H2 mediante enlaces débiles molécula-superficie.
Gas hidrógeno
Hidrógeno almacenado en forma sólida
como hidruro
Figura 4. Almacenamiento de hidrógeno formando un hidruro.
La investigación de los materiales de estado sólido para almacenar hidrógeno ha de responder una
serie de cuestiones. El hidrógeno, ¿se absorbe físicamente o realiza un enlace químico? ¿Se liga
molecularmente o se disocia? ¿Dónde se aloja en la estructura? ¿Cuál es la naturaleza de la difusión
de hidrógeno en el medio huésped? ¿Cuáles son las barreras de activación para la desabsorción del
hidrógeno, que controlan la liberación cuando se desea utilizarlo como combustible? ¿Cómo
intervienen la morfología y las impurezas en absorción y desorción del hidrógeno? ¿Cómo pueden
contribuir los catalíticos a reducir la temperatura de operación y presión para la toma y liberación
del hidrógeno?
En la Fig 5 se muestra el desarrollo de materiales almacenadores de hidrógeno en función de su
capacidad de almacenamiento en el periodo de 1970 al 2005. Se observa que el alanato de sodio es
el material que presenta mayor capacidad.
Figura 5. Comparación de la capacidad de almacenamiento de H2 de materiales seleccionados.
Hidruros metálicos
Los hidruros metálicos son combinaciones de aleaciones metálicas que absorben hidrógeno,
generalmente entre 1%-2% en peso trabajando a temperatura ambiente y a presión atmosférica. Para
almacenar grandes volúmenes de hidrógeno se emplean tanques que contienen metal granular, que
absorbe y libera hidrógeno con la aplicación de calor.
Por ahora ninguno de los hidruros cumple los requerimientos establecidos en el programa
FreedomCAR, algunos de los cuales se indican en la Tabla 2.
Los hidruros más importantes para almacenaje de hidrógeno se muestran en la Tabla 3. El elemento
A normalmente es una tierra rara o un metal alcalino y tiende a formar un hidruro estable. El
elemento B suele ser un metal de transición y sólo forma hidruros inestables. El níquel se suele
usar como elemento B por sus propiedades catalíticas para la disociación de hidrógeno.
Tabla 3. Principales familias de hidruros metálicos
Compuesto
Prototipo
Hidruros
Intermetálico
AB5
LaNi5
LaNi5H6
AB5
ZrV2, ZrMn2, TiMn2
ZrV2H5.5
AB3
CeNi3, YFe3
CeNi3H4
A2B7
Y2Ni7,Th2Fe7
Y2Ni7H3
A6B23
Y6Fe23
Ho6Fe23H12
AB
TiFe
TiFeH2
A2B
Mg Ni, Ti2Ni
Mg2NiH4
En la Fig. 6 se observa que la densidad volumétrica de hidrógeno en hidruros metálicos llega a ser
el doble que la densidad del hidrógeno líquido, debido a que el hidrógeno se intercala en el metal
anfitrión y actúa como un átomo metálico en la matriz anfitrión. La máxima densidad volumétrica
alcanzable es de 187 kg/m3. Con LaNi5H6 se consiguió una densidad volumétrica de 115 kg/m3,
que corresponde a una densidad en peso de 1.4%. Los hidruros reversibles que trabajan a
temperatura ambiente y presión atmosférica están limitados a una densidad gravimétrica de
hidrógeno menor que el 3% por la presencia de los metales de transición.
Figura 6. Densidad volumétrica de hidrógeno respecto de la densidad gravimétrica de hidrógeno
para varios medios de almacenamiento. La línea para los nanotubos de carbono representa el
resultado de un modelo teórico.
El tanque de hidruro metálico está considerado como un sistema de combustible muy seguro en
caso de colisión, ya que la pérdida de presión en caso de rotura enfría el hidruro metálico e
interrumpe la emisión de hidrógeno. Muchos investigadores creen que los hidruros metálicos
pueden representar un medio ideal de almacenamiento.
Materiales carbonáceos
La abundancia del carbono, su peso molecular relativamente bajo y su afinidad química con el
hidrógeno le convierten en un absorbedor de hidrógeno muy conveniente. Muchos combustibles
convencionales son compuestos de hidrógeno y carbono. El metano es el principal componente del
gas natural y constituye un buen sistema de acumulación de hidrógeno, ya que cada átomo de
carbono está “vestido” con cuatro átomos de hidrógeno (Fig. 7). Sin embargo, el metano es un gas,
por lo que persisten los problemas asociados a almacenaje para transporte.
protón
neutrón
electrón
Figura 7. Molécula de metano, formada por un átomo de carbono rodeado de cuatro de hidrógeno.
Cada átomo de hidrógeno se mantiene unido al átomo de carbono por un enlace covalente formado
por dos electrones compartidos.
La gasolina se compone de una mezcla de cadenas de C7H16 hasta C11H24 (Fig. 8). Es un líquido
fácilmente transportable, y su densidad de energía en peso y volumen es enorme. Pero se obtiene de
reservas fósiles limitadas (refinamiento del crudo) y libera su energía en procesos de combustión
con los conocidos inconvenientes de emisión de CO2.
carbono
hidrógeno
Figura 8. Estructura de los hidrocarburos.
Diversos sistemas de almacenamiento de hidrógeno basados en estructuras de carbono se
encuentran en investigación o en desarrollo incipiente. El grafito es la forma más comúnmente
disponible de carbono, y consiste en una apilación de capas en que cada átomo está rodeado por
otros tres átomos idénticos a él formando una estructura hexagonal (Fig. 3). Pero la interacción del
grafito con las moléculas de hidrógeno es muy débil, ya que las capas de carbono se encuentran
demasiado cercanas para que las moléculas de hidrógeno se inserten entre ellas. La intercalación
previa de otros átomos, como potasio, abre la estructura de grafito y mejora su capacidad de
incorporar hidrógeno.
Los nanotubos de carbono son una derivación de la investigación en fullerenos. Los nanotubos
fueron descubiertos en 1991 por Sumio Iijima, y consisten en una especie de grafito enrollado con
forma cilíndrica (Figs. 9 y 10). Se trata de un fullereno unidimensional, una caja convexa de átomos
con caras solamente hexagonales y/o pentagonales. Estos nanotubos son las fibras más resistentes
conocidas y tienen numerosas aplicaciones. Un nanotubo perfecto es unas 10-100 veces más
resistente que el acero por unidad de peso.
Figura 9. Esquema de las estructuras de los nanotubos de carbono de pared simple y múltiple.
Figura 10. Nanotubos de carbono
Los nanotubos de carbono pueden almacenar una gran cantidad de hidrógeno, ya sea absorbido en
la superficie del nanotubo (Fig. 11) o dentro de la estructura del tubo, y están considerados como
una tecnología de almacenamiento muy prometedora. La densidad volumétrica teórica alcanza 100110 kg/m3 (Fig. 6). El U.S. Department of Energy ha indicado que los nanotubos de carbono deben
tener una capacidad de acumulación de hidrógeno de 6.5% de su propio peso para que sean de
utilidad práctica en sistemas de transporte.
Figura 11. Configuraciones de absorción de las moléculas de hidrógeno en un nanotubo de carbono
Actualmente resulta difícil evaluar el verdadero potencial de aplicación de los nanotubos de
carbono para almacenar hidrógeno, ya que los resultados publicados sobre capacidad de
almacenamiento, entre 1% y 60% de su propio peso, son conflictivos. Además, en la mayoría de
casos estos sistemas necesitan operar a temperaturas cercanas a los 80 K, ya que ocurren grandes
pérdidas a temperaturas mayores. Los informes recientes de General Motors y Sony (que son
significativos, en cuanto potenciales compradores de esta tecnología) indican que las capacidad de
almacenamiento de los nanotubos de carbono no supera el 1% en peso. Por lo tanto algunos autores
han concluido que el área específica de los nanotubos o nanofibras de carbono no puede competir
con el carbón activado, y que su capacidad de almacenamiento a temperatura ambiente es
demasiado baja para ser útil. Sin embargo, la investigación en este área es activa, y se centra en la
mejora de técnicas de manufactura y reducción de costes en tanto que los nanotubos de carbono
evolucionan hacia la comercialización. También se requiere una caracterización cuidadosa de las
nanoestructuras, así como medidas bien controladas y exactas del almacenamiento y liberación de
hidrógeno en ellas.
Recientemente (2005) la Unión Europea ha abierto un centro de experimentación para la
caracterización de las prestaciones y seguridad de los sistemas de almacenamiento de hidrógeno.
Uno de sus objetivos es combinar técnicas gravimétricas y volumétricas para determinar con
precisión y reproducibilidad la capacidad y rapidez de almacenamiento de diferentes sistemas, a fin
de resolver la falta de concordancia entre los datos de absorción de hidrógeno que se encuentran en
la bibliografía.
Materiales microporosos
Recientemente, se ha conseguido incorporar hidrógeno en estructuras nanoporosas de moléculas
órgano-metálicas a temperatura ambiente. Estas moléculas (Fig. 12) podrían ser mucho más baratas
y más fácilmente escalables que los hidruros metálicos y los nanotubos, aunque hay que desarrollar
métodos para una síntesis eficiente de estos materiales.
Figura 12. Estructura cristalina órgano-metálica compuesta de clusters de Zn4O(CO2)6 (azul) y
enlaces de naftaleno (gris) que puede absorber 4,5 % peso de hidrógeno (naranja) a 78 K, y 1 %
peso a temperatura ambiente y 20 bar.
4- Almacenamiento de Energía Eléctrica: Baterías y Supercondensadores
Sistemas electroquímicos
En las baterías se obtiene almacenamiento de energía en forma química fácilmente recuperable
como electricidad. Muchos de los dispositivos actuales de almacenamiento de energía, como las
baterías y los supercondensadores, se basan en los conceptos de una vieja ciencia creada por
Alessandro Volta: la electroquímica. En la electroquímica tradicional se controlan reacciones
químicas de tipo redox (reducción-oxidación) mediante el potencial eléctrico de los electrodos
metálicos inmersos en la disolución. Más recientemente, las posibilidades de los dispositivos
electroquímicos se han multiplicado utilizando capas de materiales activos extendidas sobre el
contacto metálico, por ejemplo un polímero conductor. La batería de ion litio opera según este
principio de diseño general, y se ha convertido en una tecnología de almacenamiento de energía
muy extendida, que ha su vez ha suscitado un gran interés por las nuevas aplicaciones de la
electroquímica para almacenamiento de energía.
El uso de materiales activos como electrodos incrementa las posibilidades de realizar dispositivos
funcionales muy eficientes en dos sentidos: se puede estructurar (o nanoestructurar) el electrodo
para incrementar su área activa (Fig. 13). Y se puede mejorar los materiales en contacto para
optimizar sus funciones, facilitando los pasos elementales de conversión de energía que ocurren en
la nanoescala: transferencia de carga, reorganización molecular, reacciones químicas, etc. El
desarrollo de nuevos materiales de nanoescala, así como los métodos de caracterizarlos,
manipularlos, y ensamblarlos, ha creado un contexto radicalmente nuevo para desarrollar
tecnologías de energía. Además de miniaturizar y de mejorar el funcionamiento de la tecnología
convencional de la batería, la nanoingeniería también se está utilizando para mejorar sobre los
tiempos entre recargas, el tamaño, el peso y la longevidad de los acumuladores de energía.
Figura 13. El uso de materiales nanoestructurados en una batería recargable de litio (abajo) aumenta
notablemente el área activa (en morado) para realizar transferencia de carga respecto de la
configuración plana (arriba).
También ha sido necesario extender los conceptos de la electroquímica, ya que los nuevos tipos de
dispositivos, no funcionan sólo mediante reacciones de transferencia de carga en la superficie del
electrodo. De hecho los iones entran en el electrodo y modifican su composición: ocurren procesos
de intercalación, reacción química y transporte en estado sólido, en combinación con la etapa
clásica de transferencia interfacial de carga.
Baterías recargables de ion Li
La batería recargable de ion litio, con mucha mayor densidad de energía y menor peso que su
antecesor, la batería de Ni-MH, la reemplazó tan pronto como fue producida. Ahora es el sistema
empleado en dispositivos electrónicos portátiles, y también amenaza a la Ni-MH para la aplicación
en vehículos híbridos. La célula de ion Li tiene un ánodo de carbono/grafito, un cátodo de óxido de
litio-cobalto, y un electrolito orgánico (Fig. 14). Tanto el ánodo como el cátodo funcionan con
mecanismo de inserción de átomos de Li.
Figura 14. Esquema del funcionamiento de la batería de ion litio.
Sony introdujo la batería de ion litio en 1991. Desde entonces ha doblado con creces su capacidad,
en respuesta a la demanda para dispositivos electrónicos portátiles de altas prestaciones, como el
ordenador portátil y el teléfono móvil. Nuevos materiales de ánodo y cátodo seguramente
permitirán doblar a su vez las prestaciones actuales en los próximos 10 años. El mercado de Li ion
probablemente se segmentará en una parte de altas prestaciones, con mayor coste, que continuará
aumentando en densidad de energía, y un segmento de materiales de menor costo pero con grandes
prestaciones de rapidez de respuesta para vehículos eléctricos. El desarrollo de baterías con nuevas
prestaciones se encuentra en fuerte desarrollo. Por ejemplo Cymbet™ Corporation ha desarrollado
el sistema POWER FAB™ que es una batería recargable de ion litio flexible que puede adoptar
prácticamente cualquier forma y adaptarse a cualquier superficie para actuar como fuente de
potencia, eliminando la necesidad de compartimientos para baterías convencionales (Fig. 15).
Figura 15. Baterías de capa ultradelgada POWER FAB™.
Supercondensadores
Mientras que los condensadores electrostáticos se han empleado durante más de un siglo como
acumuladores de energía, sus bajos valores de capacidad les han limitado tradicionalmente a
aplicaciones de baja potencia como componentes en circuitos analógicos. En los últimos años, la
habilidad de construir materiales de gran área interna y electrodos de baja resistencia, así como la
comprensión de los procesos que ocurren en la superficie del material, ha dado lugar a la
posibilidad de condensadores que acumulan mucha más energía. Los condensadores
electroquímicos de alta potencia, comúnmente denominados supercondensadores. Las placas de los
supercondensadores se construyen con varios tipos de materiales electroactivos: carbono, polímeros
conductores, óxidos metálicos, de gran superficie interna. El almacenamiento de carga eléctrica
ocurre mediante la acumulación de iones en la superficie interna, que forman una doble capa
eléctrica en combinación con los electrones en el material conductor (Fig. 16). Normalmente se
emplea un electrolito líquido y un separador que impide el contacto electrónico entre las placas pero
permite el flujo de iones durante la carga y descarga. El electrolíto líquido limita el dominio de
voltaje de estabilidad de los supercondensores (1-3 V).
Figura 16. Esquema del funcionamiento de un supercondensador de doble capa.
Los supercondensadores electroquímicos constituyen una nueva tecnología que ocupa un nicho
entre otros dispositivos de almacenamiento de energía previamente vacante, como se ve en la Fig.
17. Son capaces de almacenar mayor cantidad de energía que los condensadores convencionales, y
suministran más potencia que las baterías. En los supercondensadores basados en materiales
carbonáceos no ocurre ninguna reacción química, por lo tanto los dispositivos no se degradan con
los ciclos de uso.
Figura17. Diagrama de Ragone simplificado (densidad de potencia respecto de densidad de energía)
de los dominios de almacenamiento de energía para varios sistemas electroquímicos de conversión
de energía (baterías, supercondensadores y pilas de combustible), comparados con el motor de
combustión interna y turbinas y condensadores convencionales.
5- Conclusiones
Nuevos elementos de acumulación de hidrógeno y energía eléctrica con características muy
superiores a los sistemas actuales constituyen un punto clave para la transición a economías de
energía limpia, particularmente en el sector de transporte (que absorbe unos dos tercios del
consumo de derivados del crudo en países desarrollados) y para facilitar los sistemas de distribución
de energía. La combinación de investigación básica y aplicada debe realizar avances en modelado,
fabricación, caracterización, y ensamblado, de nuevos materiales y estructuras, para aplicaciones
energéticas. En particular los sistemas de almacenaje de energía requieren un control y comprensión
detallado de procesos de reactividad química y transferencia de carga en fase gaseosa, en
disolución, y en superficies e interfases. Las técnicas de caracterización electroquímicas son
esenciales para relacionar el funcionamiento de los dispositivos con los mecanismos fundamentales
de sus elementos y jugarán un papel predominante en los futuros desarrollos.
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