Célula de combustível é uma célula eletroquímica que converte energia potencial de um combustível em eletricidade através de uma reação eletroquímica de eletrólise reversa.[1] Como qualquer célula eletroquímica, uma célula de combustível consiste em dois elétrodos polarizados, o ânodo (-) e o cátodo (+), e um eletrólito. Dois componentes são essenciais: o hidrogénio, como combustível, e o oxigénio como oxidante.[2]
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Funcionamento da
célula de combustível
Em princípio, as células de combustível não são poluentes, visto que tem água com o produto da reação.[2]
Funcionamento
Em termos gerais, a célula de combustível funciona como uma gerador de corrente elétrica. A corrente gerada faz funcionar os mais diversos dispositivos (lâmpadas, motores, eletrodomésticos, como exemplos) e depois retorna ao gerador, completando o que se chama de circuito elétrico. O seu princípio de funcionamento (eletrólise reversa) consiste em utilizar a energia gerada pela reação de hidrogénio com oxigénio, tendo água como produto.[1][3] O hidrogénio é alimentado no ânodo onde é decomposto quimicamente por um catalisador em protões, com carga positiva, e eletrões com carga negativa. Os eletrões são injetados na corrente elétrica (a parte útil do sistema), e os protões migram através do eletrólito até ao cátodo. Aí, os protões combinam-se cataliticamente com o oxigénio vindo do ar e os eletrões retornados pela corrente elétrica.[2]
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| Funcionamento. | Vista em corte de um automóvel com célula de combustível. |
Tipos
Ver artigos principais: Célula de combustível de água de Stan Meyer e Célula de combustível microbianaExistem vários tipos de células de combustíveis, geralmente classificados pela temperatura de operação.[4]
- Temperaturas abaixo de 250 ºC:
- Alcalinas (A)
- Ácido fosfórico (PA)
- Membrana de troca de protões (PEM)
- Temperaturas acima de 600 ºC:
- Carbonatos Fundidos (MC)
- Óxidos Sólidos (SO)
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| Célula de combustível de metanol direto utilizada na NASA. |
Vídeo: funcionamento de uma célula de combustível microbiana. |
Célula de combustível de água de Stan Meyer. |
História
A primeira célula de combustível foi desenvolvida no século XIX em 1838 por William Robert Grove.[5][6] Um esboço foi publicado em 1842 pelo mesmo cientista.[7][8] As células de combustível só tiveram aplicações práticas a partir da década de 1960, quando Thomas Grubb e Leonard Niedrach, da companhia General Electric, tiveram sucesso no desenvolvimento de uma célula PEM . Apesar da sua portabilidade, não era viável economicamente, dado uso de platina como catalisador.[9] A partir de 1965 a NASA passou a empregar células de combustível, que foram usadas nas espaçonaves do Programa Apollo e no Ônibus espacial.[10][11] A primeira célula de combustível a hidrogênio para o ramo automóvel foi desenvolvida em 1991 por Roger Billings.[12] Estudos na década de 2020, indicam que as células de combustível podem ser abastecidas com etanol (álcool combustível) utilizando o hidrogênio contido neste.[13][14]
Veículos elétricos alimentados por baterias apresentam os inconvenientes da demora para recarga e baixa autonomia.[10] Nestes veículos, a substituição das baterias por células de combustível proporciona a redução do tempo de recarga/reabastecimento e aumenta a autonomia.[10]
Imagens
| Veículos equipados com células de combustível: | ||||
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| Protótipo Toyota FCHV | Submarino Tipo 212 | HY4 | Bonde de Oranjestad | |
Ver também
Referências
- «Materiais e membranas para células de combustível». sigmaaldrich.com. Consultado em 3 de julho de 2023
- «A Basic Overview of Fuel Cell Technology» (em inglês). Smithsonian Institution. 2017. Consultado em 21 de março de 2019
- Por Redação (19 de outubro de 2020). «Saiba como o hidrogênio se transforma em combustível». Além da Energia. Consultado em 3 de julho de 2023
- Mamede dos Santos, Fernando A.; Mamede dos Santos, Fernando M. (2004). «Células de Combustível». Instituto Politécnico de Viseu. Millenium. 29: 146-156. ISSN 1647-662X. Consultado em 22 de março de 2019
- «Mr. W. R. Grove on a new Voltaic Combination». The London and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science. 1838. Consultado em 2 de outubro de 2013
- Grove, William Robert (1839). «On Voltaic Series and the Combination of Gases by Platinum». Philosophical Magazine and Journal of Science. XIV (86–87): 127–130. doi:10.1080/14786443908649684
- Grove, William Robert (1842). «On a Gaseous Voltaic Battery». Philosophical Magazine and Journal of Science. XXI (140): 417–420. doi:10.1080/14786444208621600
- Larminie, James; Dicks, Andrew. Fuel Cell Systems Explained (PDF). [S.l.: s.n.]
- Mattos, Mariana (21 de abril de 2022). «Veículos elétricos: baterias ou células a combustível?». Brasil Energia. Consultado em 9 de julho de 2023
- «Fuel Cells: Powering Spaceflight since 1965». Horizon Educational (em inglês). Consultado em 9 de julho de 2023
- «Spotlight on Dr. Roger Billings». Computer Technology Review. Consultado em 21 de setembro de 2015
- Garcia, Rafael H.L. (15 de junho de 2021). «IPEN/CNEN e Nissan renovam parceria para lançar célula a combustível a etanol no Brasil». IPEN. Consultado em 17 de outubro de 2022
- Palazi, Ana Paula (29 de julho de 2022). «Carro elétrico movido a etanol». Jornal da UNICAMP. Consultado em 17 de outubro de 2022
Ligações externas
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