Quimica

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DIVULGAÇÃO TECNOLOGIA DE CÉLULAS A COMBUSTÍVEL Hartmut Wendt e Michael Götz Institut für Chemische Technologie - Technische Universität Darmstadt - Petersenstraβe 20 - 64287 Darmstadt - Alemanha Marcelo Linardi Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares IPEN/CNEN-SP - Cidade Universitária - Rua R, 400 - 05422-970 - São Paulo - SP Recebido em 26/2/99; aceito em 29/7/99

FUEL CELL TECHNOLOGY.The fuel cell principle was discovered by Sir Grove 150 years ago. However material problems prohibited its commercialization for a long time. A change has been occurring during the last 30 years, so two types of fuel cell technologies can be distinguished: low and high temperature operation cells. Nowadays, only phosphoric acid cells are commercially offered as 200 kWel power plants. Membranecells are more suitable for automobile electrotraction with a very low (or no) environmental impact. The fuel continues, however, to play a very particular role, since hydrogen is not easy to store and to transport. The more promising target is the utilization of liquid methanol. The Brazilian scenario concerning this kind of technology is discussed. Keywords: fuel cells; electrochemistry;electrocatalysis.

INTRODUÇÃO Um novo conceito tecnológico de geração de energia surgiu nos últimos anos. As palavras “Células a Combustível” (no Brasil também chamadas de Células de Energia), começam a ser pronunciadas com uma maior freqüência, embora esta tecnologia ainda não esteja bem estabelecida e tampouco já tenha um mercado garantido. Para o leigo, estas células estão relacionadas comeletroquímica e servem para produzir eletricidade de uma maneira mais ecológica e eficiente, praticamente sem emissão de qualquer substância tóxica. Porém, o conceito de células a combustível é bem mais abrangente. Este trabalho representa uma revisão atualizada do artigo “Brennstoffzellentechnik”, de H. Wendt e M. Götz, publicado na revista Chemie in unserer Zeit 31(1997) 301-309, e visa, não só introduzir eesclarecer os interessados neste assunto, como também comentar o estado da arte desta tecnologia e sua importância no cenário de energias alternativas. Outro objetivo não menos importante é apresentar um breve panorama desta tecnologia no Brasil. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO E TIPOS DE CÉLULAS A COMBUSTÍVEL Como é mostrado no esquema simplificado da Figura 1, células a combustível são, emprincípio, baterias de funcionamento contínuo, que produzem corrente contínua pela combustão eletroquímica a frio de um combustível gasoso, geralmente hidrogênio 1 . Assim, hidrogênio é oxidado a prótons num eletrodo de difusão gasosa, liberando elétrons, segundo a reação: H 2 → 2 H+ + 2 e(1)

A reação global, que é acompanhada de liberação de calor, pode ser escrita da seguinte forma: H 2 + 1/ 2 O 2 → H2 O (3)

Figura 1

No eletrodo oposto, também de difusão gasosa, considerando-se as células a membrana trocadora de prótons (meio ácido), tem-se a reação: 2 H + + 2 e - + 1/ 2 O 2 → H 2 O (2)

wendt@hrz1.hrz.tu-darmstadt.de mlinardi@net.ipen.br

Eletrodos de difusão gasosa são condutores eletrônicos permeáveis aos gases reagentes e são separados um do outro por um eletrólito (condutoriônico), de um modo que os gases não se misturem. O eletrólito pode ser um líquido, um polímero condutor de cátions, saturado com um líquido, ou um sólido (óxido de zircônio). Obtêm-se potenciais de trabalho de célula para o sistema hidrogênio / oxigênio entre 0,5 e 0,7 V. Potenciais de circuito aberto ficam entre 1,1 e 1,2 V. Devido à sua alta reatividade, hidrogênio é, hoje em dia, a escolha maisapropriada para o combustível. Geralmente, classificam-se os vários tipos de células a combustível pelo tipo de eletrólito utilizado e pela temperatura de operação. Na Tabela 1 estão representados os diferentes tipos de células a combustível, bem como suas características principais. Atualmente, as células do tipo alcalina AFC (Alkaline Fuel Cell) têm um papel importante somente em viagens...
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