Breve Historial

William Grove (1811-96) é considerado o “pai da célula de combustível”. Britânico, advogado e mais tarde juiz, deu importantes contribuições ao nível da electroquímica.

No ano de 1839 quando estava a electrolisar a água (na

realidade uma solução diluída com ácido sulfúrico) usando eléctrodos de platina, notou que depois de desligar a corrente de electrólise, quando se liga os dois eléctrodos a corrente circula no sentido inverso ao inicial. Verificou assim que alguns dos produtos da eletrólise: hidrogénio no cátodo, oxigénio no ânodo eram absorvidos nos eléctrodos de platina. Quando os eléctrodos eram assim ligados, o hidrogénio era oxidado (perdia electrões) no que tinha sido o cátodo, mas tornando-se agora o

terminal negativo da célula. Os electrões saiam por este terminal e circulavam pelo circuito externo (alimentando com energia eléctrica a carga) indo por fim reduzir o oxigénio no outro eléctrodo de platina. A esta célula, Grove chamou de “bateria de gás” (“gas battery”). Tinha uma fraca potência não permitindo a sua utilização.

Três anos mais tarde (1842) Grove desenvolveu o que chamou “cadeia de gás” (“gas chain”), um conjunto que era constituído por “baterias de gás” ligadas em série, permitindo obter uma tensão maior. No entanto, na altura Grove não considerou que a sua descoberta tivesse aplicação prática.

Figura 3.5 - “Cadeia de gás” (“gas chain”) de Sir William Grove em 1842

Fonte: [Research,00]

No fim do século XIX, o físico químico alemão Wilhelm Ostwald, demonstrou que as células de combustível são mais eficientes que máquinas que libertam calor (tal como a máquina de combustão interna), e previa que o século XX poderia ser “A Idade da Combustão Electroquímica” (“Age of Electrochemical Combustion”).

Figura 3.4 - Célula de combustível (“bateria de gás”) de Sir William

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores da F.C.T.U.C. 26

Em 1889, Ludwig Mond e Carl Langer publicaram detalhes de um melhoramento na “bateria de gás” na qual os eléctrodos usados eram de metais porosos, um de platina-preta e o outro de chapa de ouro, em que usava o ar (oxigénio como oxidante) e o gás carbónico industrial (combustível) para a reacção electroquímica. A célula desenvolvia 0.73 V, mas a corrente obtida era pequena e sempre decrescente. Designaram este tipo de dispositivos por Pilha de Células de Combustível.

Durante várias décadas houve poucos desenvolvimentos adicionais nas pilhas de células de combustível, embora existissem pessoas premiadas com Prémio Nobel como Fritz Haber e Walther Nernst a trabalharem nelas. Muito esforço foi investido na ideia de Ostwald da “Combustão Electroquímica” de carvão ou gases derivados de carvão, com electrólitos de sais fundidos, como também de soluções aquosas. Mas os resultados eram desoladores, pois as “taxas” da reacção eram muito lentas e a vida de qualquer célula era curta, pois eram afectadas pela corrosão.

Em 1932 Francis “Tom” Bacon (1904-92), engenheiro inglês e os seus colaboradores em Cambridge, Inglaterra, interessaram-se pelo assunto e elaboram uma série de projectos que permitiriam a utilização prática das células de combustível. Este engenheiro e os seus colaboradores, viriam a ter o seu ponto alto no desenvolvimento duma pilha de combustível de 5 kW, sendo utilizada para alimentar uma máquina de soldar.

Figura 3.6 - Laboratório do Eng. Bacon em 1955 na Universidade de Cambridge no Departamento de Eng. Química onde trabalhou na construção da sua pilha de células de combustível

Consegue assim revalidar a ideia da pilha de célula de combustível, ao construir a primeira pilha de célula de combustível, com utilização prática.

Esta pilha de célula de combustível usou como combustível o hidrogénio com um electrólito alcalino. Os eléctrodos foram construídos de pó de níquel poroso sintetizado, de forma a que o gás se pudesse difundir pelo eléctrodo para entrar em contacto com o electrólito aquoso. Tais eléctrodos de níquel eram muito mais baratos do que os de platina. Isto só foi possível em 1959, devido aos constantes avanços das técnicas de produção das células de combustível.

Em face desta evolução tecnológica, assistiu-se à primeira grande aplicação prática destes conversores de energia, nas naves espaciais, tendo como base uma célula de combustível desenvolvida a partir dos trabalhos de Francis Bacon. Este foi responsável pela geração de energia elétrica de forma eficiente e altamente segura das naves do projecto Apolo, usadas pela NASA (National Aeronautics and Space Administration). Porém, as pilhas de células alcalinas usadas neste tipo de projectos eram geralmente caras e tinham vidas de funcionamento relativamente curtas.

Devido à escassez energética mundial, nomeadamente devido à crise do petróleo, foi dado um impulso na década de 70 a este tipo de técnica de conversão energética e de produção de electricidade. Posteriormente as preocupações com os níveis elevados de poluição ambiental trouxeram novamente à actualidade a conversão eletroquímica de energia. Pelo exposto as células a combustível, que até então tinham mostrado um desempenho elevado nas missões espaciais, mas devido ao seu elevado custo, não tinham viabilidade comercial noutras aplicações, começam a ser fortemente estudadas e vistas como uma alternativa viável para aplicações em massa, devido às suas vantagens e características.

Hoje em dia, são desenvolvidos estudos de vários tipos de pilhas de células de combustível e investigadas, não só nos E.U.A. mas também na Alemanha, Japão, Holanda e noutros lugares do mundo, havendo encontros periódicos dos interessados nomeadamente na Feira de Hannover.

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