Una clase sobre la economía del hidrógeno Teach article

Materiales y reactivos

• Jeringas de plástico (50 ml)
• Barras de grafito o minas de lápiz
• Electrodos de carbono difundido y prensado en malla de níquel
• Tubos pequeños flexibles con válvulas
• Conexiones en T de vidrio
• Vasija de plástico (botella) para el electrolito
• Soporte de laboratorio con pinzas
• Hoja de aluminio o cobre
• Papel antigrasa
• Plato para altas temperaturas
• Recipientes de vidrio (vasos de 400 ml)
• Cables de cobre con conectores
• Taladro
• Pasta de silicona
• Fuente de alimentación de 6-12 V DC (panel solar o batería de 9 V)
  

  

• Consumidor final (motor eléctrico de baja potencia con ventilador, LED)
• Juego de resistencias
• Dos multímetros o un voltímetro y un amperímetro
• 1 M H₂SO₄
• 2 M HNO₃ (para el grabado)
• Solución de PdCl₂ preparada para disolver 1 g de sal en 50 ml de 0,5 M HCl. Calentarla a 50 ^oC y diluirla en 100 ml con agua destilada.
• 1 M KOH o NaOH
• Guantes y gafas

Procedimientos

* Los pasos marcados con un asterisco, por motivos de seguridad,  deben ser realizados por el profesor.

Construcción del electrolizador

1. *Retirar los émbolos y agujas de las dos jeringas.
2. *Retirar las juntas de goma de los émbolos y hacerles un agujero para insertar el electrodo de grafito en cada una de ellas.
3. Introducir las minas de grafito en cada uno de los agujeros de las juntas de goma y montar las juntas en las jeringas.
4. *Taladrar un agujero en el lateral de cada jeringa a 1 cm del fondo. El diámetro de los agujeros debe ser 1 mm más grande que el diámetro de los extremos del conector en T.  
5. Conectar un trozo de tubo de 1 cm de longitud en cada uno de extremos del conector en T.
6. Conectar las jeringas con el conector en T.
7. Conectar el contenedor del electrolito al extremo libre del conector en T con un trozo de tubo.
8. Conectar los tubos flexibles al extremo de cada una de las jeringas donde se fija la aguja.
9. *Verter 1M H₂SO₄ en el contenedor del electrolito hasta que el electrolito llene las dos jeringas.
10. Conectar ambos electrodos mediante cables de cobre a la fuente de alimentación (figura 1).

Construcción de la pila de combustible

1. *Retirar los émbolos y agujas de las dos jeringas.
2. *Cortar dos trozos de los electrodos para cubrir completamente las bridas de las jeringas.
3. *Colocar un trozo de papel de aluminio o de cobre sobre un plato resistente a temperaturas elevadas, poner encima papel antigrasa y, sobre éste, colocar los electrodos.
4. *Presionar la brida de la jeringa sobre el electrodo – debido a la alta temperatura, el plástico se derretirá y el electrodo se quedará adherido a la jeringa. 
5. *Taladrar un agujero en la brida de la jeringa junto al electrodo.
6. Atornillar un tornillo en el agujero.
7. Pelar el aislante de un extremo del cable de cobre, arrollarlo sobre el tornillo y fijarlo con una tuerca.
8. Aislar el tornillo con pasta de silicona.
9. Repetir los pasos 3 a 8 para preparar el segundo electrodo.
10. *Fijar la conexión de los electrodos sumergiéndolos en 2 M HNO₃ durante 5 minutos y luego lavarlos con agua.
11. *Verter la solución de PdCl₂ en el vaso de 400 ml y sumergir los electrodos en ella durante 5 minutos. Debido a la reactividad de los metales, se depositará una capa catalítica delgada de paladio sobre los electrodos cuando los iones de paladio entren en contacto con la malla de carbono y níquel.
12. *Verter 100 ml de NaOH 1 M (o KOH) en otro recipiente y colocar en él ambas jeringas con los electrodos sellados (figura 2).

13. Conectar las jeringas a los dos tubos finos fijados al electrolizador.

Después de recoger alguna cantidad de hidrógeno y oxígeno, detener la producción de gas y abrir las válvulas para permitir que los gases pasen a los electrodos de la pila de combustible (figura 4).

Luego, los estudiantes pueden medir los parámetros eléctricos de la pila de combustible utilizando el circuito descrito en la figura 5. La corriente, I, se calcula de acuerdo con la ley de Ohm:

I= V/R

En lugar de una resistencia, también se puede utilizar un diodo emisor de luz (LED) o un motor eléctrico de baja potencia.

Una ventaja importante de este sistema es que cada uno de los módulos básicos se puede sustituir por otros dispositivos. Por ejemplo, se puede utilizar un aerogenerador en lugar de un panel solar para generar la electricidad necesaria para alimentar el electrolizador de agua. O, en lugar de un electrolizador de agua como una fuente de hidrógeno gaseoso y de oxígeno, se puede generar el gas por reacción química (figura 6).

También se pueden desarrollar otros tipos de pilas de combustible utilizando combustible líquido (por ejemplo, etanol en lugar de hidrógeno).

Tanto el electrolizador como la pila de combustible, propuesta en el sistema de energía ecológica, podrían ser reemplazadas por nuestra célula DeMi que funciona según el principio de pilas de combustible reversibles^w1. Debido a que las células DeMi utilizan electrolitos salinos no peligrosos, éstas cumplen los requisitos de seguridad más fácilmente.

Los estudiantes de los diferentes cursos, con conocimientos de los fundamentos teóricos, son capaces de desarrollar prototipos de tecnologías avanzadas y sofisticadas (figura 7).