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[[ | {{Info/Objeto|imagem=Motore-idrogeno hydrogen engine.gif|legenda={{Big|Funcionamento da <br />célula de combustível}}}} | ||
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> | |||
Em princípio, as células de combustível não são [[poluente]]s, visto que tem [[água]] com o [[produto (química)|produto]] da reação.<ref name="Smith"/> | |||
==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"/> | |||
==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> | |||
*Temperaturas abaixo de 250 [[grau Celsius|ºC]]: | |||
**[[Alcalina]]s (A) | |||
**[[Ácido fosfórico]] (PA) | |||
**Membrana de troca de protões (PEM) | |||
*Temperaturas acima de 600 ºC: | |||
**[[Carbonato]]s Fundidos (MC) | |||
**Óxidos Sólidos (SO) | |||
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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. | 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. | ||
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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 == | |||
[[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 [[1838]] por | A primeira célula de combustível foi desenvolvida no [[século XIX]] em [[1838]] por William Grove. | ||
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Um esboço foi publicado em [[1842]] pelo mesmo cientista. | Um esboço foi publicado em [[1842]] pelo mesmo cientista. | ||
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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. | 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. | ||
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A primeira célula de combustível a | A primeira célula de combustível a hidrogênio para o ramo automóvel foi desenvolvida em 1991 por [[Roger Billings]]. | ||
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== Ver também == | == Ver também == | ||
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* [http://bestcars.uol.com.br/artigos/celula-1.htm Best Cars Web Site. Tecnologia: Combustível do futuro] | * [http://bestcars.uol.com.br/artigos/celula-1.htm Best Cars Web Site. Tecnologia: Combustível do futuro] | ||
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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
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/85/Toyota_FCHV.jpg/250px-Toyota_FCHV.jpg)
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:
- Alcalinas (A)
- Ácido fosfórico (PA)
- Membrana de troca de protões (PEM)
- Temperaturas acima de 600 ºC:
- Carbonatos Fundidos (MC)
- Óxidos Sólidos (SO)
História
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/22/Fuel_cell_NASA_p48600ac.jpg/200px-Fuel_cell_NASA_p48600ac.jpg)
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
- Bateria de diamante
- Célula de combustível microbiana
- Economia do hidrogênio
- Li-ion
- NiCd
- NiMH
- Veículo com motor de combustão interna a hidrogênio
- Veículo movido a hidrogênio
Referências
- ↑ 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
- ↑ 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.]
- ↑ «Collecting the History of Proton Exchange Membrane Fuel Cells»
- ↑ «Spotlight on Dr. Roger Billings». Computer Technology Review. Consultado em 21 de setembro de 2015
Ligações externas
- «Vantagens e desvantagens das células de combustível» (em português)
- «Electrocell - Fabricante Brasileira de célula a combustível, equipamentos para teste, componentes e stacks» (em português)
- «Animação da engenharia do funcionamento de uma Célula a Combustível» (em português)
- Best Cars Web Site. Tecnologia: Combustível do futuro