Célula Combustível

As Células de combustível são conhecidas pela ciência há mais de 150 anos, sendo uma grande curiosidade do século XIX pela sua alta tecnologia e por ter sido pesquisada durante a Segunda Guerra Mundial.
William Robert Grove desenvolveu a primeira célula combustível da história, em 1842, chamando-a de bateria de gás voltaico. O princípio desta invenção já tinha sido teorizado pelo cientista alemão Christian Friederich Schönbein quatro anos antes, inspirando Grove a materializá-lo. A máquina deste galês produzia energia eléctrica pela combinação de hidrogênio e de oxigênio, sendo descrita pelo seu inventor por meio de uma teoria de correlação. Ao criar este dispositivo, mostrando que o vapor podia ser separado em oxigênio e hidrogênio, foi o primeiro cientista a demonstrar a dissociação térmica das moléculas.
As células combustíveis produzem electricidade a partir de variados tipos de combustível externo (no lado do ânodo, o eletrodo positivo) e de um oxidante (no lado do cátodo, o eletrodo negativo). Estas substâncias reagem habitualmente na presença do electrólito, o líquido onde se dão as trocas de partículas carregadas. Os reagentes são introduzidos no dispositivo, produzem uma reação e voltam a sair, enquanto que o electrólito se mantém na célula. Estes dispositivos podem funcionar virtualmente para sempre, desde que os necessários fluxos de entrada e de saída se mantenham.
Este tipo de célula difere-se das baterias elétricas pelo fato de consumir reagentes - que têm de ser substituídos - enquanto que as segundas armazenam energia elétrica de forma química e num sistema fechado. Além disso, enquanto que os eletrodos de uma pilha reagem e se alteram à medida que a bateria se descarrega, os eletrodos de uma célula de combustível são catalíticos e relativamente estáveis.
Na sua essência, uma célula de combustível funciona por catálise, ao separar os prótons e os elétrons dos átomos que constituem o combustível. Os elétrons são então forçados a viajar através de um circuito, convertendo-se em corrente elétrica, sendo que o catalisador é habitualmente formado por uma peça em platina ou numa liga que contenha platina. Um processo catalítico alternativo recupera os elétrons, combinando-os com os prótons e com o oxidante para formar produtos residuais, normalmente compostos- como água ou dióxido de carbono.
Atualmente, algumas empresas de base tecnológica desenvolvem este tipo de células como forma de gerar eletricidade em temperaturas extremas ou em locais longínquos, podendo ser usadas em missões espaciais. As células combustíveis também têm sido desenvolvidas a título experimental como fonte de alimentação de automóveis, autocarros ou antenas de transmissão.
A preocupação mundial é o esgotamento dos recursos naturais e o deterioramento das condições ambientais. Há uma busca constante por novas tecnologias para a produção de energia que é dependente de jazidas de combustíveis fósseis, os quais não são renováveis e contaminam a atmosfera com seu dióxido de carbono, provocando o efeito estufa e consequentemente implicando no aquecimento global. Economicamente, é um fator considerável quando se identifica que são poucas as regiões do mundo que possuem jazidas de combustíveis e seu preço é instável.

Anodo :
O terminal negativo - anodo - tem canais de fluxo que distribuem o gás hidrogênio sobre a superfície do catalisador.
Catalisador :
Uma fina camada de catalisador recobre o eletrólito ou membrana. O catalisador é um metal, normalmente platina ou níquel, que acelera as reações químicas entre o oxigênio e o hidrogênio.
Membrana ou Eletrólito :
Algumas células utilizam eletrólitos líquidos e outras sólidas, como as membranas plásticas de troca de prótons para conduzirem cargas positivas, os prótons. Somente as cargas positivas atravessam o eletrólito, os elétrons não.
Catodo :
Dentro da célula a combustível, o gás hidrogênio pressurizado é bombeado para o terminal negativo, o ânodo. O gás é forçado a atravessar o catalisador. Quando a molécula de hidrogênio entra em contato com o catalisador, ela se separa em dois íons de hidrogênio (H+) e dois elétrons (e-). Os elétrons (e-) são conduzidos através do ânodo, contornando o eletrólito até atingirem o circuito externo, onde acendem uma lâmpada ou motor elétrico, e retornam para o terminal positivo, o cátodo. O fluxo de elétrons é a corrente elétrica.

Reação Química
2H2 => 4H+ + 4e-
O oxigênio (O2), retirado do ar, entra na célula a combustível pelo terminal positivo, o catodo. O gás é forçado a se dispersar no catalisador.O catalisador separa a molécula de oxigênio em dois átomos de oxigênio, e cada átomo de oxigênio atrai dois íons H+ através do eletrólito. Estes dois íons H+ combinam com o átomo de oxigênio e dois elétrons provenientes do circuito externo, para formar a molécula de água (H2O). Nesta reação, uma certa quantidade de calor é liberada.

Fontes:
 http://www.aedb.br/seget/artigos08/443_artigo_fuel_cell.pdf http://www.wikienergia.pt/~edp/index.php?title=William_Robert_Grove http://ambientes.ambientebrasil.com.br/energia/celula_combustivel/celula_combustivel_-_historia.html