Quais são os diferentes tipos de células de combustível?
As células de combustível convertem energia química em eletricidade. Eles são semelhantes às baterias em função, exceto que os reagentes químicos em uma célula de combustível podem ser reabastecidos quando eles acabarem. Uma célula de combustível é tipicamente caracterizada pelo tipo de eletrólito usado, sua temperatura operacional e suas possíveis aplicações. A maioria das pesquisas sobre células de combustível está centrada em aplicações automotivas, embora elas também estejam sendo pesquisadas para exploração espacial.
Uma característica importante de uma célula a combustível é o tipo de eletrólito usado. Um eletrólito em uma célula de combustível conecta o combustível e o oxidante eletricamente, mantendo-os fisicamente separados. Os eletrólitos usados na tecnologia de células de combustível podem ser líquidos ou sólidos, levando a diferentes vantagens e desafios do projeto.
Uma maneira útil de classificar as células de combustível é pela temperatura de trabalho. Muitos projetos, como a célula de combustível de óxido sólido, exigem altas temperaturas de operação para alcançar alta eficiência energética. Reações a essas altas temperaturas geralmente podem converter mais energia química interna em eletricidade, em vez de perder muita energia através do calor residual. As células de combustível com temperaturas operacionais mais baixas, por outro lado, são geralmente mais portáteis. As células de combustível de membro de troca de polímeros (PEMFCs) estão sendo estudadas para sua aplicação promissora no transporte.
Os PEMFCs podem alcançar uma eficiência relativamente alta enquanto operam a uma temperatura inferior a 100 graus Celsius (212 graus Fahrenheit). Uma temperatura operacional tão baixa permite que a célula de combustível seja iniciada rapidamente. Esse tipo de célula a combustível também usa um filme plástico sólido como eletrólito, o que torna a vedação da célula a combustível mais simples do que para outros tipos de eletrólitos. Essa combinação de recursos tornou o PEMFC um candidato ideal para a substituição de motores de combustão de automóveis.
Alguns têm especulado que as células de combustível acabarão substituindo completamente os sistemas de transporte à gasolina. Uma economia baseada em hidrogênio, em vez de petróleo, pode desfrutar de várias vantagens importantes. Primeiro, as emissões dos veículos seriam limitadas ao vapor de água, o que não representa uma ameaça ambiental óbvia. Segundo, veículos movidos a hidrogênio podem eventualmente se mostrar mais poderosos por unidade de massa de combustível. Por fim, o suprimento de hidrogênio pode ser potencialmente um recurso renovável, diferentemente dos combustíveis fósseis, que não são renováveis.
As células de combustível alcalinas são do tipo usado na exploração espacial, incluindo os vôos espaciais da Apollo para a lua. Eles combinam hidrogênio e oxigênio para gerar eletricidade, liberando calor e água no processo. Uma solução alcalina aquosa é usada como eletrólito nesse tipo de célula a combustível. As células de combustível alcalinas desfrutam de um alto nível de desenvolvimento tecnológico e podem ter uma eficiência elétrica de até 60%. O custo dessas células de combustível, no entanto, impediu sua ampla adoção em aplicações terrestres.