𝖂𝖎ƙ𝖎𝖊

Célula de combustível: mudanças entre as edições

imported>EmausBot
m (A migrar 1 interwikis, agora providenciados por Wikidata em d:Q180253)
imported>Esopo
(→‎Ver também: fiz uma ligação interna.)
 
(37 revisões intermediárias por 16 usuários não estão sendo mostradas)
Linha 1: Linha 1:
{{Wikificação|data=fevereiro de 2016}}
{{Info/Objeto|imagem=Motore-idrogeno hydrogen engine.gif|legenda={{Big|Funcionamento da <br />célula de combustível}}}}
{{sem-fontes|data=maio de 2009}}
Uma '''célula de combustível''' é uma [[célula eletroquímica]] que converte [[energia potencial]] de um [[combustível]] em [[eletricidade]] através de uma reação [[eletroquímica]]. Como qualquer célula eletroquímica, uma célula de combustível consiste em dois [[elétrodo]]s, o [[ânodo]] e o [[cátodo]], e um [[eletrólito]]. Dois componentes são essenciais: o [[hidrogénio]], como combustível, e o [[oxigénio]] como [[oxidação|oxidante]].<ref name="Smith">{{citar web|URL=https://americanhistory.si.edu/fuelcells/basics.htm|título=A Basic Overview of Fuel Cell Technology|lingua=en|publicado=[[Smithsonian Institution]]|data=2017|acessodata=21/3/2019}}</ref>
[[Ficheiro:Toyota FCHV.jpg|thumb|250px|[[Automóvel|Automóveis]] da [[Toyota]] com célula de combustível.]]
Em princípio, as células de combustível não são [[poluente]]s, visto que tem [[água]] com o [[produto (química)|produto]] da reação.<ref name="Smith"/>


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 [[Bateria (química)|bateria]]s ou das [[pilha]]s, estes agentes químicos são fornecidos e consumidos continuamente.
==Funcionamento==
[[Ficheiro:Toyota FCHV.jpg|thumb|250px|Protótipo [[Toyota FCHV]], equipado com célula de combustível.]]
Em termos gerais, a célula de combustível funciona como uma [[gerador]] de [[corrente elétrica]]. A corrente gerada faz funcionar os mais diversos dispositivos ([[Lâmpada incandescente|lâmpadas]], [[motor elétrico|motor]]es, [[eletrodoméstico]]s, como exemplos) e depois retorna ao gerador, completando o que se chama de [[circuito elétrico]]. O seu princípio de funcionamento consiste em utilizar a energia gerada pela reação de [[hidrogénio]] com [[oxigénio]], tendo água como produto. O hidrogénio é alimentado no ânodo onde é decomposto por um [[catálise|catalisador]] em [[protão|protões]], com [[carga positiva]], e [[eletrão|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 [[catálise|cataliticamente]] com o oxigénio vindo do [[ar]] e os eletrões retornados pela corrente elétrica.<ref name="Smith"/>


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).
==Tipos==
Existem vários tipos de células de combustíveis, geralmente classificados, pela [[temperatura]] de funcionamento.
<ref name="clones">{{citar periódico |último=Mamede dos Santos |primeiro=Fernando A.|último2=Mamede dos Santos |primeiro2=Fernando M.|data= 2004|título=Células de Combustível|url=http://repositorio.ipv.pt/handle/10400.19/589 |periódico=Millenium |volume=29 |editora=[[Instituto Politécnico de Viseu]]|páginas=146-156|issn=1647-662X|acessodata=22/3/2019}}</ref>


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.
*Temperaturas abaixo de 250 [[grau Celsius|ºC]]:


O modelo que se encontra mais desenvolvido tecnologicamente utiliza como reagentes o [[hidrogênio]] e o [[oxigênio]].
**[[Alcalina]]s (A)


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.
**[[Ácido fosfórico]] (PA)


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]].
**Membrana de troca de protões (PEM)
 
*Temperaturas acima de 600 ºC:
 
**[[Carbonato]]s Fundidos (MC)
 
**Óxidos Sólidos (SO)
<!----SEM FONTES
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 têm 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 de 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 ==
== Ciência ==
[[Ficheiro:Fuel cell PT.svg|thumb|300px|Processo de transformação até uma célula de combustível.]]
[[Ficheiro:Fuel cell PT.svg|thumb|300px|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.
As 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 [[próton]]s e separa o ânodo do câtodo. Em cada lado há um eletrodo de lâmina de carbono revestido com um [[catalisador]] de [[platina]].
Num exemplo primitivo de [[membrana eletrolítica polimérica]] (PEM) de célula de combustível a membrana é condutora de [[próton]]s e separa o ânodo do cátodo. 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 cátodo 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.
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 cátodo 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 ===
== História ==
[[Ficheiro:Fuel cell NASA p48600ac.jpg|thumb|200px|Célula de combustível utilizada na [[NASA]].]]
[[Ficheiro:Fuel cell NASA p48600ac.jpg|thumb|200px|Célula de combustível utilizada na [[NASA]].]]
A primeira célula de combustível foi desenvolvida no [[século XIX]] em 1839 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.
A primeira célula de combustível foi desenvolvida no [[século XIX]] em [[1838]] por William Grove.
 
<ref name="LE">{{citar web|título=Mr. W. R. Grove on a new Voltaic Combination |publicado=The London and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science |ano=1838 |acessodata=2 de outubro de 2013 |url=https://archive.org/stream/londonedinburghp13lond/londonedinburghp13lond_djvu.txt}}</ref>
<ref name="PMJC39">{{citar periódico|último1 = Grove |primeiro1 = William Robert |ano= 1839 |título= On Voltaic Series and the Combination of Gases by Platinum | url = |periódico= Philosophical Magazine and Journal of Science | volume = XIV |número= 86–87|páginas= 127–130 | doi=10.1080/14786443908649684}}</ref>
Um esboço foi publicado em [[1842]] pelo mesmo cientista.
<ref name="PJMC42">{{citar periódico|último1 = Grove |primeiro1 = William Robert |ano= 1842 |título= On a Gaseous Voltaic Battery | url = |periódico= Philosophical Magazine and Journal of Science | volume = XXI |número= 140|páginas= 417–420 | doi=10.1080/14786444208621600}}</ref>
<ref name="JL">{{citar livro|último =Larminie|primeiro =James |último2 =Dicks |primeiro2 =Andrew |título=Fuel Cell Systems Explained |url=https://87eb298c-a-62cb3a1a-s-sites.googlegroups.com/site/senthilvssc/Home/fuel-cells/FuelCellSystemsExplained_Second.Edition_Wiley2003_.pdf?attachauth=ANoY7crX_IkVIPQ-acr5K0O8seJelGPHSyLjN0WxCGzldpUgBnBfXrPV2bzNvA7s8HDmRMeqPO5Okjy7ysDnw5-lT1tAidw1fwf8LULLQT98hybocX63JkBhjgIEDl_2v-GLGFkD5YebdMUrHjb-IwiM3okL2sGmqOMGQt514PAYjAiktAv1uHuh4izkW4R8-PjEXMD1lKTf1sH76F8Oy44uV1n2J0gDxtwd_HcLZhrzc86kzjcLfygo_hXPDdwCpI3kvb9gI-gPTMRjFTc-6S1upFRfxcBEMIG5Jn4osQqAgzO2BAseRjw%3D&attredirects=0}}</ref>
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.
<ref name="AE">{{citar web|url=http://americanhistory.si.edu/fuelcells/pem/pemmain.htm|título=Collecting the History of Proton Exchange Membrane Fuel Cells|publicado=}}</ref>
<!---SEM FONTES
Na [[Década de 1969|década seguinte], as células de combustível 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.
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.
 
--->
A primeira célula de combustível a hidrogênio para o ramo automóvel foi desenvolvida em 1991 por [[Roger Billings]].
<ref>{{citar web|título= Spotlight on Dr. Roger Billings |publicado= Computer Technology Review | url = http://wwpi.com/spotlight-on-dr-roger-billings-science-and-technology-luminary/ |acessodata= 2015-09-21}}</ref>
== Ver também ==
== Ver também ==
{{correlatos
{{correlatos
  |commonscat=Fuel cells
  |commonscat=Fuel cells
}}
}}
* [[Bateria de diamante]]
* [[Célula de combustível microbiana]]
* [[Economia do hidrogênio]]
* [[Li-ion]]
* [[Li-ion]]
* [[NiCd]]
* [[NiCd]]
* [[NiMH]]
* [[NiMH]]
* [[Veículo com motor de combustão interna a hidrogênio]]
* [[Veículo movido a hidrogênio]]
{{referências}}


== Ligações externas ==
== Ligações externas ==
* {{Link|pt|2=http://www.portal-energia.com/celulas-de-combustivel-vantagens-e-desvantagens/ |3=Vantagens e desvantagens das células de combustível}}
* {{Link|pt|2=http://www.portal-energia.com/celulas-de-combustivel-vantagens-e-desvantagens/ |3=Vantagens e desvantagens das células de combustível}}
* {{Link|pt|2=http://www.electrocell.com.br/ |3=Electrocell - Fabricante Brasileira de célula a combustível, equipamentos para teste, componentes e stacks}}
* {{Link|pt|2=http://www.electrocell.com.br/ |3=Electrocell - Fabricante Brasileira de célula a combustível, equipamentos para teste, componentes e stacks}}
* {{Link|pt|2=http://www.stefanelli.eng.br/webpage/celula-combustivel/celula-a-combustivel.html |3=Animação da engenharia do funcionamento de uma Célula a Combustível}}
* {{Link|pt|2=http://www.stefanelli.eng.br/energia-eletrica-hidrogenio/ |3=Animação da engenharia do funcionamento de uma Célula a Combustível}}
* [http://bestcars.uol.com.br/artigos/celula-1.htm Best Cars Web Site. Tecnologia: Combustível do futuro]
 
{{Portal3|História da ciência|Tecnologia|Transporte}}
{{Célula electroquímica}}


{{DEFAULTSORT:Celula Combustivel}}
{{DEFAULTSORT:Celula Combustivel}}
{{Célula electroquímica}}
[[Categoria:Engenharia elétrica]]
[[Categoria:Engenharia elétrica]]
[[Categoria:Eletroquímica]]
[[Categoria:Eletroquímica]]
[[Categoria:Tecnologias automotivas]]
[[Categoria:Tecnologias automotivas]]

Edição atual tal como às 16h09min de 7 de junho de 2022

Predefinição:Info/Objeto Uma célula de combustível é uma célula eletroquímica que converte energia potencial de um combustível em eletricidade através de uma reação eletroquímica. Como qualquer célula eletroquímica, uma célula de combustível consiste em dois elétrodos, o ânodo e o cátodo, e um eletrólito. Dois componentes são essenciais: o hidrogénio, como combustível, e o oxigénio como oxidante.[1] Em princípio, as células de combustível não são poluentes, visto que tem água com o produto da reação.[1]

Funcionamento

Protótipo Toyota FCHV, equipado com célula de combustível.

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 consiste em utilizar a energia gerada pela reação de hidrogénio com oxigénio, tendo água como produto. O hidrogénio é alimentado no ânodo onde é decomposto 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.[1]

Tipos

Existem vários tipos de células de combustíveis, geralmente classificados, pela temperatura de funcionamento. [2]

  • Temperaturas abaixo de 250 ºC:
    • Membrana de troca de protões (PEM)
  • Temperaturas acima de 600 ºC:
    • Óxidos Sólidos (SO)

História

Célula de combustível utilizada na NASA.

A primeira célula de combustível foi desenvolvida no século XIX em 1838 por William Grove. [3] [4] Um esboço foi publicado em 1842 pelo mesmo cientista. [5] [6] 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. [7] A primeira célula de combustível a hidrogênio para o ramo automóvel foi desenvolvida em 1991 por Roger Billings. [8]

Ver também

Outros projetos Wikimedia também contêm material sobre este tema:
Commons Categoria no Commons

Referências

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 «A Basic Overview of Fuel Cell Technology» (em English). Smithsonian Institution. 2017. Consultado em 21 de março de 2019 
  2. ↑ 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 
  3. ↑ «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 
  4. ↑ 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 
  5. ↑ Grove, William Robert (1842). «On a Gaseous Voltaic Battery». Philosophical Magazine and Journal of Science. XXI (140): 417–420. doi:10.1080/14786444208621600 
  6. ↑ Larminie, James; Dicks, Andrew. Fuel Cell Systems Explained (PDF). [S.l.: s.n.] 
  7. ↑ «Collecting the History of Proton Exchange Membrane Fuel Cells» 
  8. ↑ «Spotlight on Dr. Roger Billings». Computer Technology Review. Consultado em 21 de setembro de 2015 

Ligações externas

Predefinição:Célula electroquímica

talvez você goste

Permaneça conectado

Parceiros

Dieta Cetogenica | NutriPro Saúde