Celdas de Combustible de Membrana de Intercambio de Protones para Aplicaciones Aeronáuticas: Una Revisión Exhaustiva de los Principales Desafíos y Tendencias de Desarrollo
Autores: Zhang, Xinfeng; Yue, Han; Zheng, Hui; Tan, Lixing; Zhang, Zhiming; Li, Feng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Celdas de Combustible de Membrana de Intercambio de Protones para Aplicaciones Aeronáuticas: Una Revisión Exhaustiva de los Principales Desafíos y Tendencias de Desarrollo
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Energía de hidrógeno
Baterías de iones de litio
Aviación sostenible
Tecnologías de energía de hidrógeno
PEMFCs
Plataformas de aeronaves
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La energía del hidrógeno es una alternativa clave a las baterías de iones de litio para aeronaves de baja altitud, ofreciendo un camino hacia la aviación sostenible con sus cero emisiones y alta densidad de energía. Sin embargo, su aplicación más amplia se ve obstaculizada por desafíos en almacenamiento, seguridad y rendimiento en condiciones extremas como baja presión y baja temperatura a gran altitud. Este documento evalúa sistemáticamente varias tecnologías de energía de hidrógeno, incluyendo pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC) refrigeradas por agua y por aire, destacando sus respectivas ventajas, limitaciones y adecuación para diferentes tipos de aeronaves. Entre estas, las PEMFC refrigeradas por agua se identifican como la opción más viable para aeronaves tripuladas de baja altitud debido a su rendimiento equilibrado en densidad de potencia y capacidad de arranque. En contraste, las PEMFC refrigeradas por aire demuestran una rentabilidad distinta para drones ligeros, mientras que las turbinas de hidrógeno muestran promesas para el transporte regional de larga distancia. Además, analizamos el progreso actual en la integración de las PEMFC en plataformas aeronáuticas y discutimos los desafíos persistentes en la compatibilidad del sistema y la adaptación ambiental. Finalmente, se esbozan posibles direcciones de desarrollo futuro para las aplicaciones de PEMFC en la aviación de baja altitud.
Descripción
La energía del hidrógeno es una alternativa clave a las baterías de iones de litio para aeronaves de baja altitud, ofreciendo un camino hacia la aviación sostenible con sus cero emisiones y alta densidad de energía. Sin embargo, su aplicación más amplia se ve obstaculizada por desafíos en almacenamiento, seguridad y rendimiento en condiciones extremas como baja presión y baja temperatura a gran altitud. Este documento evalúa sistemáticamente varias tecnologías de energía de hidrógeno, incluyendo pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC) refrigeradas por agua y por aire, destacando sus respectivas ventajas, limitaciones y adecuación para diferentes tipos de aeronaves. Entre estas, las PEMFC refrigeradas por agua se identifican como la opción más viable para aeronaves tripuladas de baja altitud debido a su rendimiento equilibrado en densidad de potencia y capacidad de arranque. En contraste, las PEMFC refrigeradas por aire demuestran una rentabilidad distinta para drones ligeros, mientras que las turbinas de hidrógeno muestran promesas para el transporte regional de larga distancia. Además, analizamos el progreso actual en la integración de las PEMFC en plataformas aeronáuticas y discutimos los desafíos persistentes en la compatibilidad del sistema y la adaptación ambiental. Finalmente, se esbozan posibles direcciones de desarrollo futuro para las aplicaciones de PEMFC en la aviación de baja altitud.