Célula combustible

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Automóviles de la Toyota con célula combustible.

Una célula combustible es una célula electroquímica, básicamente una batiría en que es consumido un combustible y es liberada energía.

Considerada una batiría en que los reagentes son alimentados continuamente. Los reagentes típicos son el hidrogênio y el oxígeno. El hidrogênio es suministrado del lado del anodo y el oxígeno en el lado del catodo. Las batirías comunes tienen que ser recargadas de tiempos en tiempos porque los reagentes se agotan. Las células combustibles estacionarias no portátiles, por el contrario, no necesitan ser recargadas, una vez que los reagentes son suministrados continuadamente.

Las células combustibles tienen la ventaja de ser altamente eficientes y poco poluentes. Pueden ser utilizadas como sistemas de emergencia, en zonas donde no existe red eléctrica, en aparatos portátiles y vehículos. Su desvantagem es el alto coste, actualmente.

Su uso es polémico en varias aplicaciones. El hidrogênio es usado básicamente como combustible no siendo una fuente primaria de energía. Sin embargo es la única fuente de energía que puede ser fabricada de otras fuentes de energía. Críticos del estágio actual de esta tecnología dicen que la energía que necesita "crear" el combustible en primer lugar puede reducir la eficiencia final del sistema quedando peor que el más eficiente motor de combustión interna a la gasolina; es verdadero pues el hidrogênio es generado por la eletrólise del agua . Puede ser generado también del metano, componente principal del gas natural con más o 80% menos de eficiencia. El método de conversión del metano libera gases para el medio ambiente por lo tanto el método ideal será usar fuente que gestiona hidrogênio a través de la eletrólise.

Archivo:Celula.jpg

Más pequeña célula combustible.

Hay problemas prácticos a ser superados. Aunque el uso de células combustibles por consumidores sea posible en el futuro próximo los proyectos actuales tiene que ser orientados de forma correcta. Actualmente hay proyectos que se muestran capaces de suministrar energía para dispositivos portátiles como por ejemplo, los teléfonos celulares y notebooks. Proyectos actuales necesitan de apertura de ventilação y no pueden ser operados dentro d'agua, no pudiendo ser usados en aeronaves debido al riesgo de fugas para atmósfera. Tecnología para reabastecimento seguro de las células aún no existe, salvo pruebas que vienen siendo hechos con el uso de células alimentadas con el alcohol metanol.

Ciencia

Archivo:Fuel cell PT.svg

Proceso de transformación hasta una célula combustible.

Células combustibles son dispositivos eletroquímicos, así no pueden ser forzados a trabajar a lo sumo de eficiencia como las máquinas de combustión. Pueden ser altamente eficientes en transformar energía química en eléctrica.

En un ejemplo primitivo de membrana eletrolítica polimérica (PEM) de célula combustible la membrana es conductora de prótons y separa el ânodo del câtodo. En cada lado hay un electrodo de cuchilla de carbono revestido con un catalisador de platina .

En el lado del ânodo el hidrogênio fluye para el catalisador donde es dissociado en prótons y electrones. Los prótons son conducidos a través de la membrana para el catodo y los electrones son forzados a recorrer un circuito externo (suministrando fuerza) porque la membrana es aislada electrónicamente. En el catodo las moléculas de oxígeno reaccionan con los electrones (que llegan por el circuito externo) para formar agua. En este ejemplo el único producto a perderse es el vapor d'agua, resíduo inofensivo.

Historia

Célula combustible utilizada en la NASA .

La primera célula de combustible fue desarrollada el siglo XIX por Sir William Grove. Uno esbozo fue publicado en 1843. Células de combustible no tuvieron aplicación práctica hasta 1960, cuando entonces pasaron a ser usadas en el programa espacial americano para producir electricidad y agua potável (hidrogênio y oxígeno suministrados de tanques de la aeronave), proceso extremadamente caro porque las células exigen hidrogênio y oxígeno puríssimos.

Las células rápidamente adquirían altas temperaturas al entrar en funcionamiento lo que era un problema en muchas actividades. Más adelante avances tecnológicos en 1980 y 1990 con el uso del Nafion como eletrólito y la reducción en la cantidad del caríssimo $atalisador de platina se hizo posible el uso de las células por parte de consumidores del automobilismo por ejemplo. En la actual fase de investigaciones la Casio pretende lanzar una célula de combustible DMFC para notebooks a ser alimentada con el alcohol metanol, en sustitución a la batirías de lítio de uso de tres horas para 20 horas con el alcohol que después de agotado sería intercambiado el cartucho vacío por otro lleno. Por otro lado a MTI Micro pretende lanzar un carregador de batirías movido la célula de combustible. El metanol es tóxico, inflamable y tendrá que ser equacionado para tener su uso autorizado.