Tipos

Existe uma variedade de parâmetros que influenciam o comportamento das células de combustível, e elas são classificadas de acordo com alguns aspectos, tais como: temperatura de operação, tipo de combustível, material processado ou não no interior da célula, tipo de eletrólito, tipo de catalisador, dentre outros.

A categorização mais utilizada é sobre a natureza do eletrólito utilizado na célula. Dentre as quais se destacam seis Células a combustível (CaC):

x AFC: Alkaline Fuel Cell: Foi a célula a combustível pioneira na utilização de aeronaves espaciais tripuladas (APOLLO). Sua função era produzir água potável e gerar eletricidade.

Seu eletrólito é constituído de uma solução aquosa de hidróxido de potássio (KOH) concentrado. Esta célula trabalha entre temperaturas de 50 e 200°C, aplicando somente oxigênio e hidrogênio puros, o que limita seu aproveitamento em transportes e gerações estacionárias (SERPA, 2004).

x PEMFC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell: Conhecida tambem como Solid Polymer ou Polymer Electrolyte Fuell Cell (SPFC). Esta célula do tipo PEM contém um eletrólito constituído por uma camada de polímero sólido (usualmente Nafion), que possibilita o tranporte de prótons do ânodo para o cátodo, no mesmo instante que impede a passagen de elétrons pelo eletrólito. Na PEMFC uma fina camada de platina recobre os eletrodos e age como um

catalisador, acelerando a velocidade da reação possibilitando uma rápida inicialização.

Esta CaC requer hidrogênio e oxigênio como combustível, Porém o oxigênio pode ser substituído pelo ar. Esses gases devem ser umedecidos devido a necessidade de controlar a umidade da membrana.

Essa CaC do tipo PEM é uma forte candidata em aplicações automotivas, pois é a CaC que apresentam as menores temperaturas de operação ( entre 50 e 100°C), possibilitando assim, uma inicialização bastante rápida. Ela é limitada quanto a temperatura de operação, pois os polímeros usados como eletrólitos precisam de água para conduzir os prótons, motivo pelo qual os gases hidrogênio e oxigênio devem estar umedecidos. Além disso, é dotada de elevada densidade de potência e sua eficiência prática é torno dos 45% (CAMARGO, 2004).

Esta CaC tem uma pequena espessura da membrana ou eletrólito, o que permite que esta célula tenha volume e peso menores que outros tipos. Podem, além de hidrogênio, ser abastecidas com gás natural, etanol, metanol ou metano. Para esses outros combustíveis ela precisa de um estágio reformador que aqueça o combustível para ser retirado o hidrogênio (GAVILLON, 2006).

x PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell: Utilizam ácido fosfórico concentrado a 100% como eletrólito e trabalham com temperaturas entre (150 e 200°C), acima das CaCs do tipo PEM e AFC.

Uma das grandes vantagens desse tipo de CaC é a possibilidade de atingir eficiência próximo de 85 %, onde o calor em excesso é aproveitado para realizar trabalho em sistemas de co-geração.

Comercialmente analisando, são as mais úteis. Existem inúmeras unidades na faixa de 200 KW a 20 MW operando em escolas, hotéis, hospitais, etc. (TESSMER, 2009).

Cogeração é a produção simultânea de energia eletromecânica e térmica, a partir de uma mesma fonte de energia primária (BALESTIERI, 2002).

x MCFC: Molten Carbonate Fuel Cel: Utilizam eletrólitos formados por uma solução líquida de carbonatos ( lítio, potássio e/ou sólido) imersa em uma

matriz. Para o eletrólito alcançar níveis suficientes de condutividade é preciso elevar a temperatura entre 600 e 700 °C.

Em virtude da alta temperatura de operação pode-se empregar o níquel como catalisador em vez de platina (produto bastante caro), aumentando assim a velocidade dos processos de redução e oxidação nos eletrodos.

Estas células permitem a reforma interna de hidrocarbonetos como o gás natural e o petróleo para gerar hidrogênio. Sua eficiência atinge valores próximos de 60%. Em co-geração atinge 80 % de eficiência. Porém, a alta temperatura em que a célula

trabalha gera conseqüências indesejáveis, como o longo tempo de “warm-up”,

impossibilitando a utilização em veículos automotores (SERPA, 2004).

x SOFC: Solid Oxide Fuel Cell: Em aplicações de alta potência são consideradas promissoras, como estaçoes geradoras de energia e indústrias.

Utilizam eletrólito de material sólido não poroso rígido (quase sempre zircônio com pequenas quantidades de ítria), o que lhe permite operar com temperaturas bastante elevadas, chegando até 1000°C. Sua eficiência gira em torno dos 65 % e em cogeração chega a compreender de 80 a 85% de eficiência.

O custo de sua construção torna-se elevado uma vez que seus materiais tem que suportar altas temperaturas. (AMARAL; MATOS; BENEDICTO; BOAVENTURA, 2007).

x DMFC: Direct Methanol Fuel Cell: Essa célula é bastante semelhante às PEM, já que apresentam eletrólito como uma membrana composta de polímeros. Elas se diferem no que diz respeito ao combustível.

Seu combustível é o metanol, que se transforma internamente em dióxido de carbono e hidrogênio. A temperatura de operação esta entre 60 e 120°C.

Ainda se pesquiza muito sobre essa célula, pois para a conversão de metanol em hidrogênio e dióxido de carbono exige enorme quantidade de platina. Apresenta eficiência inferior aos outros modelos.

Apesar das desvantagens citadas essa CaC aparece como excelente alternativa para aplicações em baterias de telefones celulares e laptops (GAVILLON, 2006).

Mesmo sem incluir-se na classificação original um novo tipo de CaC está em melhorias.

x Regenerative Fuell Cell (RFC): Pode-se dizer que o combustível dessa CaC é a água. Com uma fonte de energia sendo ela qual for consegue-se separar o hidrogênio e o oxigênio da água. Esse processo de fazer passar uma corrente elétrica pela água para se gerar seus componentes chama-se eletrólise. E normalmente nessa CaC isto é feito com painéis fotovoltaicos. De resto é igual às outras células convencionais. A água produto é então reutilizada para que se reinicie o processo. A grande inovação dessa tecnologia é que é um sistema em malha fechada onde não se precisa gerar hidrogênio externamente (SERPA, 2004).