Célula a combustível

As Células a Combustível (CC) são, em principio, baterias (pilhas) químicas, ou seja, dispositivos que convertem energia química diretamente em energia elétrica e térmica, proporcionando, portanto, uma operação contínua, graças à alimentação constante de um combustível. Esta conversão ocorre por meio de duas reações químicas parciais em dois eletrodos separados por um eletrólito apropriado, ou seja, a oxidação de um combustível no ânodo e a redução de um oxidante no cátodo com o auxílio de catalisadores especialmente desenvolvidos, indicadas nas reações (1) e (2):

Escolhendo-se, por exemplo, hidrogênio como combustível e oxigênio como oxidante, tem-se na denominada célula ácida, a formação de água e calor, além da liberação de elétrons livres, que podem gerar trabalho elétrico. Um esquema simplificado de uma CC é mostrada na figura abaixo.

 

Os prótons (H+) produzidos na reação anódica são conduzidos pelo eletrólito até o cátodo, onde se ligam aos ânions O2-, formando água, ao contrário dos motores a combustão, que têm sua eficiência teórica (máxima) determinada pelo ciclo de Carnot.

 

Desenho (tosco) esquemático de uma célula a combustível

As células a combustível possibilitam a obtenção de altas eficiências, ou seja, um melhor aproveitamento do combustível, mesmo e especialmente a baixas temperaturas. Na prática, obtêm-se eficiências de 55 a 60% para o sistema de CC global. Entretanto, deve-se salientar que instalações convencionais modernas, com turbinas a gás e vapor otimizadas, também já atingem valores de eficiência de 53 %. Assim, tem-se que a eficiência, isoladamente, não é a principal vantagem de sistemas de geração de energia com CC, mas sim, o seu inerente fator ecológico, com baixíssima geração de poluentes, além de serem silenciosas, são compactas e de fácil manutenção. Por estas razões, vislumbra-se um mercado para sistemas de CC para geração de energia, com aplicações localizadas de até alguns MW de potência, como, por ex., em hospitais, condomínios residenciais, repartições públicas, etc. As vantagens das CC aumentam quando se tem por finalidade a geração de energia móvel, caso das células de baixa temperatura, onde a sua eficiência fica bem acima dos motores convencionais. A aplicação deste tipo de CC é, então, a tração automotiva.

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