Células a combustível

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Células a combustível
O hidrogêni�
NOTA: Em seu estado natural e sob condições de
temperatura e pressão normais, é incolor, insípido
(sem sabor), inodoro (sem odor) e também o mais leve
dentre os elementos químicos.
O hidrogênio como gás (H2), não existe naturalmente
na Terra, podendo ser encontrado apenas na forma
composta. Combinado com o oxigênio, forma a água e
com o carbono, os compostos orgânicos como o
metano (CH4)
1.1 formas de obtenção do hidrogênio
● Reação de simples troca de ácidos com metais
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3H2
● Reação de hidretos com a água
● Decomposição de hidrocarbonetos com a
ação do calor
● A ação do hidróxido de sódio ou hidróxido de
potássio na eletrólise de alumínio da água
● Deslocamento de ácidos por metais
1.2 HIDROGÊNIO VERDE
Para comparação, dependendo de como é
produzido, são adotados diferentes “tons de
hidrogênio”.
● Hidrogênio marrom, produzido usando
carvão, onde as emissões são liberadas para
a atmosfera.
● Hidrogênio cinza, produzido a partir do gás
natural, onde as emissões associadas são
liberadas para a atmosfera.
● Hidrogênio azul, produzido a partir do gás
natural, onde as emissões são capturadas
usando a captura e armazenamento de
carbono.
● Hidrogênio verde, produzido a partir da
eletrólise movida por eletricidade gerada a
partir de fontes renováveis.
O hidrogênio verde (Green Hydrogen) leva este nome pelo
fato de estar vinculado à sustentabilidade e à
preservação do meio ambiente, referindo-se ao hidrogênio
produzido a partir da eletrólise da água com energia
provida por fontes renováveis, particularmente, a partir
das energias solar e eólica, sem a emissão de carbono
O hidrogênio di�cilmente tem seu aproveitamento
energético por combustão diferente dos
combustíveis fósseis. Ele se dá por meio de uma
transformação eletroquímica, realizada em células
conhecidas como células a combustível.
Célula� � combustíve�
As células a combustível, ou CaC, geram eletricidade
de uma maneira mais ecológica e são muito e�cientes,
quase sem emissão de qualquer substância tóxica.
Conceitua-se por ser um dispositivo eletroquímico,
capaz de converter diretamente a energia química
fornecida por um combustível e por um oxidante em
energia elétrica e vapor de água.
Embora as células a combustível apresentem
vantagens intrigantes, elas também possuem algumas
desvantagens sérias. O custo representa uma
grande barreira para a sua implementação. Por
causa dos custos exorbitantes, a tecnologia ainda é
apenas economicamente competitiva em algumas
aplicações altamente especializadas (por exemplo, a
bordo do ônibus espacial).
A densidade de potência (quanta potência uma
célula de combustível pode produzir por unidade de
volume) é outra limitação signi�cativa.
A disponibilidade e o armazenamento de
combustível apresentam outros problemas. As
células a combustível funcionam melhor com gás
hidrogênio, um combustível que não está amplamente
disponível, apresenta uma densidade de energia
volumétrica baixa e é difícil de armazenar
2.1 princípios de funcionamento
Uma célula a combustível consiste em dois eletrodos,
sendo um ânodo negativo e um cátodo positivo, ambos
envolvidos em torno de um eletrólito. Eles operam
alimentando hidrogênio para o ânodo e oxigênio para o
cátodo. Nesse ponto, ativados por um catalisador, os
átomos de hidrogênio se separam em prótons e elétrons,
que seguem caminhos diferentes para o cátodo. Os
elétrons passam por um circuito externo, onde é gerada
a eletricidade, enquanto os prótons migram através do
eletrólito para o cátodo, onde se reúnem com o oxigênio
e os elétrons para produzir água e calor.
Componente� d� sistem� co� célula� �
combustíve�
Cada unidade de uma CaC, como mostra, é
constituída por três componentes básicos: o
eletrólito, o eletrodo catódico (catodo) e o
eletrodo anódico (anodo).
Tecnologia� empregada� e� célula� �
combustíve�
4.1 Célula a combustível de ácido fosfórico
Nas células tipo PAFC, o eletrólito H3PO4 (ácido
fosfórico) líquido (puro ou altamente concentrado)
está contido em uma matriz �na de SiC (carbeto de
silício), entre dois eletrodos de gra�te porosos e
revestidos com um catalisador de platina. O
hidrogênio é usado como combustível e o ar ou
oxigênio pode ser usado como oxidante.
4.2 célula a combustível com membrana de polímero
eletrolítico
Essas células de combustível são construídas a partir
de uma membrana eletrolítica de polímero condutor de
prótons, geralmente um polímero de ácido sulfônico
per�uorado, �no (20–200µm), �exível e transparente. É
revestido em ambos os lados com uma �na camada de
catalisador poroso à base de platina.