O documento descreve a história e o funcionamento das células de combustível, desde sua criação no século XIX até aplicações atuais. Detalha os principais tipos de células de combustível, suas vantagens como alta eficiência e desvantagens como uso de metais raros. Aponta aplicações em veículos, geradores e no Brasil pelo IPEN.

1. Célula de Combustível

2. História
 Criada por Sir William Grove no século
XIX, quando teve a idéia de reagir
hidrogênio com oxigênio para gerar
eletricidade;
 O termo célula de combustível surgiu em
1839, criado por Ludwig Mond e Charles
Langer;
Sir William Grove, inventor
 A primeira célula de combustível bem da célula de combustível.
sucedida aconteceu devido as
descobertas do engenheiro Francis Bacon
em 1932, problemas técnicos adiaram a
sua realização até 1959 por Harry Karl
Ihrig;
 No final dos anos 50, a NASA precisou
pensar em geradores de eletricidade para
missões espaciais. O projeto Apollo e as
missões espaciais Shuttle fizeram uso das Logotipo do projeto Apollo.
células de combustível.

3. O que são?
 As células de combustível são baterias (pilhas)
que convertem energia química diretamente em
energia elétrica e térmica;
 Elas possuem uma operação contínua graças a
alimentação constante de um combustível;
 A conversão ocorre por meio de duas reações
químicas parciais em dois eletrodos separados
por um eletrólito apropriado: a oxidação de um
combustível no ânodo e a redução de um
oxidante no cátodo;
 Tendo o hidrogênio como combustível e o
oxigênio como oxidante, na célula de Desenho esquemático de
combustível a formação de água e a produção uma célula de
de água, além da liberação de elétrons livres, combustível.
que podem gerar trabalho elétrico. Os prótons
gerados na reação anódica são conduzidos pelo
eletrólito até o cátodo, onde se ligam aos ânions
oxigênio (O 2 - ) , formando água.

4. Tipos de Células de Combustível
Tipo Eletrólito Faixa de Vantagens Desvantagens Aplicações
(*) temp.
(°C)
PEMFC Polímero 20-120 Alta densidade de Custo da membrana e Veículos
(H3O+) potência. catalisador. automotores.
Operação flexível Contaminação do Espaçonave.
Mobilidade. catalisador com CO. Unidades
estacionarias.
PAFC H3PO3 160-220 Maior Controle da porosidade do Unidades
(H3O+) desenvolvimento eletrodo. estacionárias.
tecnológico. Eficiência limitada pela Geração de calor.
Tolerância a CO. corrosão.
MCFC Carbonatos 550-660 Tolerância a Corrosão do cátodo. Unidades
fundidos CO/CO2. Interface trifásica de estacionárias.
(CO32-) Eletrodos à base de difícil controle. Cogeração de
Ni. eletricidade /
calor.
SOFC ZrO2 850-1000 Alta eficiência Problemas de materiais. Unidades
(zircônia) (cinética favorável). Expansão térmica. estacionárias.
(O2-) A reforma do Cogeração de
combustível pode ser eletricidade/calor
feita na célula.
(*) PEMFC (Proton Exchange Membran Fuel Cell), PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell), MCFC
(Molten Carbonate Fuel Cell) e SOFC (Solid Oxid Fuel Cell)

5. Vantagens das células de
combustível
 Uma célula de combustível pode converter mais do que
90% da energia contida num combustível em energia
elétrica e calor;
 Em função de sua elevada eficiência gera economia nos
custos com eletricidade;
 Elevada qualidade da energia elétrica gerada;
 Gera energia continuadamente sem interrupções;
 Pode ser instalada em locais internos devido ao baixo
nível de ruído dispensando sistemas de isolamento
acústico;
 As células de combustível apresentam um elevado Protótipo F600 Hygenius
potencial de desenvolvimento. Em contraste, as desenvolvido pela
tecnologia competidoras das células de combustível,
incluindo turbinas de gás e motores de combustão Mercedes-Benz. O
interna, já atingiram um estado avançado de protótipo gera 115 cv, tem
desenvolvimento. consumo de 34,5 km/l e
autonomia de 400 km.

6. Desvantagens das células de
combustível
 A necessidade da utilização de metais nobres
como, por exemplo, a platina que é um dos
metais mais caros e raros no nosso planeta.
 O elevado custo atual em comparação com
as fontes de energia convencionais.
 A elevada pureza que a corrente de
alimentação do hidrogênio deve ter para não
contaminar o catalisador.
 Os problemas e os custos associados ao
transporte e distribuição de novos Platina em seu estado
combustíveis como, por exemplo, o natural. A cotação atual de
hidrogênio. uma onça troy(31,1g) desse
metal é de US$ 1530,200.
 Os interesses econômicos associados às
indústrias de combustíveis fósseis e aos
países industrializados.

7. Aplicações
 Centrais elétricas estacionárias: Centrais elétricas de distribuição:
Veículos elétricos motorizados: Equipamentos elétricos portáteis:

8. Célula de combustível no Brasil-IPEN
 Na primeira fase do projeto, os
estudos duraram dois anos e
acabaram em abril de 2000;
 Após isso, foram investidos 25
milhões de dólares, na compra
de oito ônibus e de
eletrolisadores(equipamentos
para produzir hidrogênio a partir
da água, com eletricidade).
Ônibus movido a célula de
 Hoje, o IPEN conta com combustível de hidrogênio.
diversos profissionais
qualificados na área,
trabalhando principalmente em
novos projetos.
Logo do IPEN(Instituto de Pesquisas
Energéticas e Nucleares).