Como funcionam?
Células de Combustível

Todas as células de combustível são constituídas por dois eléctrodos, um positivo e outro negativo, designados por, cátodo e ânodo, respectivamente [Larminie, 2002]. Igualmente, todas as células têm um electrólito, que tem a função de transportar os iões produzidos no ânodo, ou no cátodo, para o eléctrodo contrário, e um catalisador, que acelera as reacções electroquímicas nos eléctrodos.

A modo de exemplo, utilizando o hidrogénio como combustível e o oxigénio como oxidante, as reacções no ânodo e cátodo na célula de combustível são as seguintes, respectivamente:

Ânodo: H2(g) -> 2 H+(aq) + 2 e-
Cátodo: 1/2 O2(g) + 2 H+(aq) + 2 e- -> H2O(g)

O hidrogénio (combustível) é alimentado ao ânodo da célula de combustível (ver figura), onde é oxidado no catalisador de platina (camada difusiva/catalítica), havendo a produção de dois electrões e dois protões hidrogénio, H+ (reacção ânodo). De seguida, os electrões produzidos pela reacção de oxidação do hidrogénio são transportados através de um circuito eléctrico e utilizados para produzirem trabalho (corrente contínua). Por sua vez, os protões produzidos na reacção anódica são transportados do ânodo para o cátodo, através do electrólito (no centro da célula). No cátodo, o oxigénio é alimentado e reage com os protões transportados através do electrólito e com os electrões provenientes do circuito eléctrico (reacção cátodo). O produto final da reacção que ocorre no cátodo é o vapor de água.

Noutro tipo distinto de células de combustível, o oxigénio é reduzido pelos electrões do circuito eléctrico no cátodo e, de seguida, o seu ião transfere-se através do electrólito para o ânodo, onde se combina com os iões hidrogénio.

A selecção do electrólito é de extrema importância, visto que este deve permitir somente a transferência de iões do ânodo para o cátodo, ou vice-versa [Cappadonia et al., 2000]. Se os electrões ou outras substâncias transferirem-se através do electrólito do ânodo para o cátodo, ou vice-versa, a performance global da célula de combustível fica seriamente afectada. Por sua vez, de maneira a obter-se o funcionamento mais eficiente possível de uma célula de combustível, os eléctrodos devem ter elevadas áreas de contacto e o electrólito deve ter uma espessura reduzida [Larminie, 2002]. Um electrólito comum nas células de combustível é um ácido, com iões H+ móveis.

Na prática, cada uma das células de combustível pode produzir uma diferença de potencial inferior ou igual a 1 V. Isto significa que para se obterem níveis úteis de potência eléctrica têm de se associar diversas células de combustível em série (pilha). Deste modo, um sistema de células de combustível apresenta a vantagem de ser modular e, por isso, tem a possibilidade de ser construído para uma ampla gama de potências eléctricas, podendo ir dos mWatts até aos MWatts [Kordesch et al., 1996].

As células de combustível são interligadas entre si por pratos bipolares (ver figura). Estes pratos devem ser bons condutores de electricidade, e ter canais ao longo da sua superfície, de maneira a possibilitar o escoamento do combustível no ânodo e do ar ou oxigénio no cátodo. Ao mesmo tempo, estes devem permitir um bom contacto eléctrico com os eléctrodos, ser o menos espesso possível e de fabrico barato. Um requisito adicional é o de evitar as fugas de reagentes [Cappadonia et al., 2000].

O desenho e o fabrico das conexões entre as células de combustível é de extrema importância para o sistema, e contribui em grande parte para o custo da pilha [Thomas et al., 1999].



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