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Célula de Combustível

Célula de combustível

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Page 1: Célula de combustível

Célula de Combustível

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História Criada por Sir William Grove no século

XIX, quando teve a idéia de reagir hidrogênio com oxigênio para gerar eletricidade;

O termo célula de combustível surgiu em 1839, criado por Ludwig Mond e Charles Langer;

A primeira célula de combustível bem sucedida aconteceu devido as descobertas do engenheiro Francis Bacon em 1932, problemas técnicos adiaram a sua realização até 1959 por Harry Karl Ihrig;

No final dos anos 50, a NASA precisou pensar em geradores de eletricidade para missões espaciais. O projeto Apollo e as missões espaciais Shuttle fizeram uso das células de combustível.

Logotipo do projeto Apollo.

Sir William Grove, inventor da célula de combustível.

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O que são? As células de combustível são baterias (pilhas)

que convertem energia química diretamente em energia elétrica e térmica;

Elas possuem uma operação contínua graças a alimentação constante de um combustível;

A conversão ocorre por meio de duas reações químicas parciais em dois eletrodos separados por um eletrólito apropriado: a oxidação de um combustível no ânodo e a redução de um oxidante no cátodo;

Tendo o hidrogênio como combustível e o oxigênio como oxidante, na célula de combustível a formação de água e a produção de água, além da liberação de elétrons livres, que podem gerar trabalho elétrico. Os prótons gerados na reação anódica são conduzidos pelo eletrólito até o cátodo, onde se ligam aos ânions oxigênio (O 2 - ) , formando água.

Desenho esquemático de uma célula de combustível.

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Tipos de Células de CombustívelTipo (*)

Eletrólito Faixa de temp.(C)

Vantagens Desvantagens Aplicações

PEMFC Polímero(H3O

+)20-120 Alta densidade de

potência.Operação flexívelMobilidade.

Custo da membrana e catalisador.Contaminação do catalisador com CO.

Veículos automotores.Espaçonave.Unidades estacionarias.

PAFC H3PO3

(H3O+)

160-220 Maior desenvolvimento tecnológico.Tolerância a CO.

Controle da porosidade do eletrodo.Eficiência limitada pela corrosão.

Unidades estacionárias.Geração de calor.

MCFC Carbonatos fundidos(CO3

2-)

550-660 Tolerância a CO/CO2.

Eletrodos à base de Ni.

Corrosão do cátodo.Interface trifásica de difícil controle.

Unidades estacionárias.Cogeração de eletricidade / calor.

SOFC ZrO2

(zircônia)(O2-)

850-1000 Alta eficiência (cinética favorável).A reforma do combustível pode ser feita na célula.

Problemas de materiais.Expansão térmica.

Unidades estacionárias.Cogeração de eletricidade/calor

(*) PEMFC (Proton Exchange Membran Fuel Cell), PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell), MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) e SOFC (Solid Oxid Fuel Cell)

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Vantagens das células de combustível

Uma célula de combustível pode converter mais do que 90% da energia contida num combustível em energia elétrica e calor;

Em função de sua elevada eficiência gera economia nos custos com eletricidade;

Elevada qualidade da energia elétrica gerada;

Gera energia continuadamente sem interrupções;

Pode ser instalada em locais internos devido ao baixo nível de ruído dispensando sistemas de isolamento acústico;

As células de combustível apresentam um elevado potencial de desenvolvimento. Em contraste, as tecnologia competidoras das células de combustível, incluindo turbinas de gás e motores de combustão interna, já atingiram um estado avançado de desenvolvimento.

Protótipo F600 Hygenius desenvolvido pela Mercedes-Benz. O protótipo gera 115 cv, tem consumo de 34,5 km/l e autonomia de 400 km.

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Desvantagens das células de combustível

A necessidade da utilização de metais nobres como, por exemplo, a platina que é um dos metais mais caros e raros no nosso planeta.

O elevado custo atual em comparação com as fontes de energia convencionais.

A elevada pureza que a corrente de

alimentação do hidrogênio deve ter para não contaminar o catalisador.

Os problemas e os custos associados ao transporte e distribuição de novos combustíveis como, por exemplo, o hidrogênio.

Os interesses econômicos associados às indústrias de combustíveis fósseis e aos países industrializados.

Platina em seu estado natural. A cotação atual de uma onça troy(31,1g) desse metal é de US$ 1530,200.

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Aplicações Centrais elétricas estacionárias: Centrais elétricas de distribuição:

Veículos elétricos motorizados: Equipamentos elétricos portáteis:

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Célula de combustível no Brasil-IPEN Na primeira fase do projeto, os

estudos duraram dois anos e acabaram em abril de 2000;

Após isso, foram investidos 25 milhões de dólares, na compra de oito ônibus e de eletrolisadores(equipamentos para produzir hidrogênio a partir da água, com eletricidade).

Hoje, o IPEN conta com diversos profissionais qualificados na área, trabalhando principalmente em novos projetos.

Ônibus movido a célula de combustível de hidrogênio.

Logo do IPEN(Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares).