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Após a crescente demanda por energia sustentável, as células de combustível alcalinas (AFCs) estão se tornando cada vez mais populares.Essa célula de combustível pode não apenas economizar energia e reduzir o carbono, mas também tem uma eficiência de conversão de até 70%, tornando -o o foco da atenção de todas as esferas da vida.As células de combustível alcalina usam hidrogênio e oxigênio puro como matérias -primas para gerar água potável, energia térmica e eletricidade.
As células de combustível alcalina dependem de reações redox para gerar energia através da interação entre hidrogênio e oxigênio.
O princípio operacional do núcleo das células de combustível alcalino envolve a reação molecular de hidrogênio e oxigênio.No eletrodo negativo, o hidrogênio é oxidado e a reação é como descrita abaixo:
H2 + 2OH- ⟶ 2H2O + 2E-
Este processo produz umidade e libera elétrons, que fluem para o eletrodo positivo com o circuito externo, onde passa por uma reação de redução com oxigênio:
O2 + 2H2O + 4E- ⟶ 4OH-
Toda a reação consome uma molécula de oxigênio e duas moléculas de hidrogênio, produzindo duas moléculas de água e simultaneamente libera eletricidade e calor.
O eletrólito de uma célula de combustível alcalino é geralmente uma solução alcalina aquosa saturada, como o hidróxido de potássio (KOH).No entanto, esses sistemas são sensíveis ao dióxido de carbono (CO2).Se o dióxido de carbono estiver contido no ar, o KOH pode ser convertido em carbonato de potássio (K2CO3), que afeta o desempenho das células de combustível.Embora a CAD tenha discutido sobre isso, não há acordo entre os acadêmicos.
As células de combustível alcalina podem ser divididas em duas categorias: eletrólitos estáticos e eletrólitos de fluxo.Os eletrólitos estáticos geralmente usam camadas de isolamento de amianto com hidróxido de potássio saturado, que pode ser reciclado após a formação de água.Por outro lado, o projeto de eletrólito de fluxo permite que o eletrólito flua entre os eletrodos, o que pode gerenciar melhor a geração e a remoção de água.Devido à complexidade do processo, muitos pesquisadores entendem que o problema de envenenamento das células de combustível alcalino pode ser irreversível ou recuperável, dependendo da situação.
As vantagens do design do sistema de hidróxido de lítio estão em seu baixo custo e na capacidade de substituir os eletrólitos, embora atualmente seja operado principalmente em um ambiente puro de oxigênio.Esse design reduz o custo da seleção de materiais porque o catalisador necessário pode ser usado com metais não preciosos, e materiais como ferro ou cobre podem ser efetivamente utilizados.
A eficiência elétrica das células de combustível alcalina é geralmente maior que a das células de combustível baseadas em eletrólitos ácidos, graças às vantagens que elas trazem para a química.
Comparado com células de combustível ácido, as células de combustível alcalina têm melhor cinética eletroquímica dentro da faixa de temperatura operacional (a 90 ° C).No uso de catalisadores, como o ambiente alcalino pode promover a reação de redução de oxigênio e acelerar a oxidação do combustível, a demanda por catalisadores reduz o limiar para a seleção e reduz os custos de produção.
Atualmente, as células de combustível alcalina parecem muito boas no desenvolvimento comercial, e muitos novos produtos são constantemente colocados no mercado para fortalecer a aplicação dessa tecnologia.Por exemplo, algumas empresas desenvolveram uma versão bipolar da tecnologia, que melhorou bastante o desempenho.Isso lançou as bases para aplicações futuras, como o primeiro navio alimentado por células de combustível "Hydra", que usa o sistema AFC. Além disso, o surgimento de células de combustível alcalino sólido, usando membranas de troca de ânions sólidos para substituir os eletrólitos líquidos, resolveram com sucesso o problema do envenenamento, enquanto expandem a faixa segura de operação, permitindo que eles usem efetivamente transportadores ricos em hidrogênio, como soluções de uréia líquida ou complexos de amina metal.No entanto, com o avanço da tecnologia de células de combustível alcalina, também precisamos refletir sobre o futuro dessa tecnologia.Ele pode ganhar um lugar no futuro mercado de energia renovável e se tornar uma opção de energia mais ecológica e eficiente?
