Princípio de funcionamento e vantagens da pilha de células de combustível de hidrogênio

Célula de combustívelÉ um tipo de dispositivo de conversão de energia que converte a energia eletroquímica do combustível em energia elétrica. É chamado de célula a combustível porque funciona como um dispositivo de geração de energia eletroquímica, funcionando em conjunto com uma bateria. Uma célula a combustível que utiliza hidrogênio como combustível é chamada de célula a combustível de hidrogênio. A célula a combustível de hidrogênio pode ser entendida como a reação de eletrólise da água em hidrogênio e oxigênio. O processo de reação da célula a combustível de hidrogênio é limpo e eficiente. A célula a combustível de hidrogênio não está limitada pela eficiência térmica de 42% do ciclo de Carnot utilizado em motores automotivos tradicionais, podendo atingir uma eficiência superior a 60%.

Diferentemente dos foguetes, as células de combustível de hidrogênio geram energia cinética por meio da reação violenta de combustão do hidrogênio e do oxigênio, liberando a energia livre de Gibbs do hidrogênio através de dispositivos catalíticos. A energia livre de Gibbs é uma energia eletroquímica que envolve entropia e outras teorias. O princípio de funcionamento de uma célula de combustível de hidrogênio é a decomposição do hidrogênio em íons de hidrogênio (prótons) e elétrons por meio do catalisador (platina) no eletrodo positivo da célula. Os íons de hidrogênio atravessam a membrana de troca de prótons até o eletrodo negativo, onde o oxigênio reage para formar água e calor, e os elétrons correspondentes fluem do eletrodo positivo para o negativo através do circuito externo, gerando energia elétrica.

Nopilha de células de combustívelNa reação entre hidrogênio e oxigênio, ocorre transferência de carga, resultando em corrente elétrica. Simultaneamente, o hidrogênio reage com o oxigênio para produzir água.
Como um reservatório de reação química, o núcleo tecnológico fundamental da pilha de células a combustível é a "membrana de troca de prótons". Os dois lados da membrana ficam próximos à camada catalítica para decompor o hidrogênio em íons carregados. Como a molécula de hidrogênio é pequena, os elétrons que a transportam podem migrar para o lado oposto através dos minúsculos orifícios da membrana. No entanto, durante o processo de passagem dos elétrons pelos orifícios da membrana, os elétrons são removidos das moléculas, restando apenas os prótons de hidrogênio, carregados positivamente, para alcançarem o outro lado através da membrana.
Prótons de hidrogênioOs elétrons são atraídos pelo eletrodo do outro lado da película e se combinam com moléculas de oxigênio. As placas do eletrodo em ambos os lados da película dividem o hidrogênio em íons de hidrogênio positivos e elétrons, e dividem o oxigênio em átomos de oxigênio para capturar elétrons e transformá-los em íons de oxigênio (eletricidade negativa). Os elétrons formam uma corrente entre as placas do eletrodo, e dois íons de hidrogênio e um íon de oxigênio se combinam para formar água, que se torna o único "resíduo" no processo de reação. Em essência, todo o processo de operação é o processo de geração de energia. Com o progresso da reação de oxidação, os elétrons são continuamente transferidos para formar a corrente necessária para movimentar o carro.