O que é uma célula de combustível de membrana de troca de prótons?

Uma célula a combustível da membrana de troca de prótons (PEMFC) é uma célula de combustível que usa hidrogênio e oxigênio para libertar a energia elétrica. Sua característica distintiva é uma membrana eletrolítica chamada Membrane Electrody Conjunto (MEA) que permite a passagem de prótons, mas não os elétrons. Uma célula de combustível de membrana de troca de prótons possui aplicações potenciais como uma célula de combustível estacionária e portátil.

Um MEA tem um lado do ânodo e um lado do cátodo. Uma corrente elétrica flui para o lado do ânodo do MEA e fora do lado do cátodo. Uma célula de combustível da membrana de troca de prótons fornece gás de hidrogênio ao lado do ânodo do MEA, que divide os átomos de hidrogênio em elétrons e prótons, um processo que pode ser mostrado por uma equação: H2 -> 2E- + 2H +. Os prótons nesta reação viajam pelo MEA para o lado do cátodo, e os elétrons passam para o lado do cátodo de MEA através de um circuito externo. A combinação desses processos cria uma corrente elétrica.

Uma célula de combustível de membrana de troca de prótons também entrega OXYGEN GAS para o lado do cátodo de MEA. Se as moléculas de oxigênio diatômico (O2) puderem ser divididas em átomos de oxigênio, os prótons que viajam pelo MEA podem reagir com esses átomos de oxigênio para formar moléculas de água. Esta reação também pode ser mostrada por uma equação: O + 2H + + 2E- -> H _{2 o.}

O MEA deve atender a vários critérios para produzir eletricidade. Não pode permitir que o hidrogênio ou o gás oxigênio viaje por ele. O MEA também deve ser capaz de resistir ao efeito oxidativo no lado do ânodo e no efeito redutor no lado do cátodo.

catalisadores de platina podem ser usados ​​para dividir moléculas de hidrogênio com relativa facilidade. As moléculas de oxigênio divididas com catalisadores de platina, no entanto, produzem perdas elétricas significativas. Um problema adicional com os catalisadores de platina é que uma quantidade muito pequena de dióxido de carbono degradará significativamente seu desempenho. Os cientistas não haviam descoberto um práticoO catalisador para dividir moléculas de oxigênio a partir de 2010, mas um catalisador composto por carbono, ferro e nitrogênio demonstrou mais promessa. A principal dificuldade com esse catalisador é que sua taxa de reação cai rapidamente por um curto período de tempo.

A água também causa perdas elétricas em uma célula de combustível de membrana de troca de prótons. A célula de combustível deve impedir que o excesso de água inundasse o MEA, mas permita que água suficiente para impedir que o MEA seque. O gerenciamento da água em uma célula de combustível de membrana de troca de prótons é difícil, porque a água é atraída para o lado do cátodo do MEA. As bombas eletro -osmóticas são uma solução possível para esse problema.