Célula de combustível

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Automóveis da Toyota com célula de combustível.

Uma célula de combustível ou pilha de combustível é uma célula electroquímica em que são consumidos um agente redutor (combustível) e um agente oxidante (comburente), com o objetivo de gerar energia elétrica. Na célula de combustível, ao contrário das baterias ou das pilhas, estes agentes químicos são fornecidos e consumidos continuamente.

Nas baterias e pilhas comuns os reagentes se esgotam, embora alguns casos, as reações sejam reversíveis, e estes possam ser regenerados pela aplicação periódica de uma corrente elétrica (pilhas recarregáveis).

As células de combustível têm a vantagem de serem altamente eficientes e pouco poluentes. Podem ser utilizadas como sistemas de emergência, em zonas onde não existe rede elétrica, em aparelhos portáteis e veículos. Sua desvantagem ainda é seu alto custo.

O modelo que se encontra mais desenvolvido tecnologicamente utiliza como reagentes o hidrogênio e o oxigênio.

O uso do hidrogênio como combustível é polêmico em várias aplicações, já que ele não constitui uma fonte primária de energia. No entanto pode ser facilmente fabricada a partir de outras fontes de energia. Críticos do estágio atual desta tecnologia dizem que a energia necessária para "criar" o combustível em primeiro lugar pode reduzir a eficiência final do sistema ficando pior que o mais eficiente motor de combustão interna a gasolina; é verdadeiro pois o hidrogênio é gerado pela eletrólise da água. Pode ser gerado também do metano, componente principal do gás natural com mais ou menos 80% de eficiência. O método de conversão do metano liberta gases para o meio ambiente portanto o método ideal será usar fonte que gere hidrogênio através da eletrólise.

Há problemas práticos a serem superados. Embora o uso de células de combustível por consumidores seja possível no futuro próximo, os projetos atuais tem que ser orientados de forma correta. Atualmente há projetos de modelos capazes de fornecer energia para dispositivos portáteis como por exemplo, os telefones celulares e notebooks. Projetos atuais necessitam de abertura de ventilação e não podem ser operados dentro d'água, não podendo ser usados em aeronaves devido ao risco de vazamentos para atmosfera. Tecnologia para reabastecimento seguro das células ainda não existe, salvo testes que vêm sendo feitos com o uso de células alimentadas com o álcool metanol.

Ciência[editar | editar código-fonte]

Processo de transformação até uma célula de combustível.

Células de combustível são dispositivos eletroquímicos, e como tal não podem ser forçados a trabalhar no máximo de eficiência como as máquinas de combustão. Podem ser altamente eficientes em transformar energia química em elétrica.

Num exemplo primitivo de membrana eletrolítica polimérica (PEM) de célula de combustível a membrana é condutora de prótons e separa o ânodo do câtodo. Em cada lado há um eletrodo de lâmina de carbono revestido com um catalisador de platina.

No lado do ânodo o hidrogênio flui para o catalisador onde é dissociado em prótons e elétrons. Os prótons são conduzidos através da membrana para o catodo e os elétrons são forçados a percorrer um circuito externo (fornecendo força) porque a membrana é isolada eletronicamente. No catodo as moléculas de oxigênio reagem com os elétrons (que chegam pelo circuito externo) para formar água. Neste exemplo o único produto a se perder é o vapor d'água, resíduo inofensivo.

História[editar | editar código-fonte]

Célula de combustível utilizada na NASA.

A primeira célula de combustível foi desenvolvida no século XIX por Sir William Grove. Um esboço foi publicado em 1843. Células de combustível não tiveram aplicação prática até 1960, quando então passaram a ser usadas no programa espacial americano para produzir eletricidade e água potável (hidrogênio e oxigênio fornecidos de tanques da aeronave), processo extremamente caro porque as células exigem hidrogênio e oxigênio puríssimos.

As células rapidamente adquiriam altas temperaturas ao entrar em funcionamento, o que era um problema em muitas atividades. Mais adiante avanços tecnológicos em 1980 e 1990 com o uso do Nafion como eletrólito e a redução na quantidade do caríssimo catalisador de platina tornou-se possível o uso das células por parte de consumidores do automobilismo por exemplo. Na atual fase de pesquisas a Casio pretende lançar uma célula de combustível DMFC para notebooks a ser alimentada com o álcool metanol, em substituição às baterias de lítio de uso de três horas para 20 horas com o álcool que após esgotado seria trocado o cartucho vazio por outro cheio. Por outro lado a MTI Micro pretende lançar um carregador de baterias movido a célula de combustível.

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Ligações externas[editar | editar código-fonte]