Célula a combustível alcalina não utiliza membrana

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/03/2005

Pesquisadores da Universidade de Illinois, Estados Unidos, criaram uma célula a combustível que funciona sem a necessidade de uma membrana sólida para separar o combustível e o oxidante, além de utilizar química alcalina, ao contrário da maioria das células atuais, que são ácidas.

Microfluídica

A nova célula a combustível é um dispositivo microfluídico, uma microestrutura construída utilizando-se as mesmas técnicas empregadas para se fazer os chips de computadores. Ao invés de uma barreira física, a membrana, ela utiliza um fluxo laminar de múltiplos jatos para separar o combustível e o oxidante.

"O sistema utiliza um canal microfluídico em formato de Y, no qual duas correntes de líquidos, contendo combustível e oxidante, se misturam e fluem entre eletrodos recobertos por catalisadores, sem se misturar," explica Paul Kenis, um dos membros da equipe.

Fluidos comportam-se de maneira diferente caso estejam fluindo por canais com micro-dimensões ou por canos grossos, nas dimensões encontradas no nosso dia-a-dia. "Em microescala, não há turbulência. Esse fluxo laminar significa que jatos de combustível e oxidante podem passar lado a lado sem precisar de uma barreira física entre eles," afirma Kenis.

Célula a combustível

Uma célula a combustível típica consiste de dois eletrodos (um anodo e um catodo), uma fonte de combustível e um oxidante. Reações no anodo liberam prótons e elétrons de átomos de hidrogênio. Os prótons passam através da célula até atingir o catodo, onde eles se recombinam com os elétrons, que viajaram através de um circuito externo. A maioria das células a combustível utiliza uma membrana de polímero para separar o catado e o anodo.

Na nova célula, essa função é cumprida pelo comportamento do fluxo laminar. O combustível e o oxidante são conduzidos juntos como fluxos líquidos dentro do microcanal. Os prótons e os elétrons se difundem através da interface líquido-líquido.

Esta configuração oferece várias vantagens em relação às células tradicionais, incluindo a exigência de um menor número de peças e um projeto mais simples. Além de serem compatíveis com a química alcalina.

Da mesma forma que as baterias alcalinas são superiores às baterias ácidas, células a combustível alcalinas deverão ser superiores às ácidas. Até agora, porém, vários problemas impediram um maior desenvolvimento das células alcalinas. Entre eles estão a fraca permeabilidade das membranas aos íons de hidróxidos (que tomam o lugar dos prótons nas células ácidas) e o entupimento das membranas por carbonatos que se formam no processo. "Nossa célula não sofre desses problemas, porque ela não utiliza uma membrana," afirma Kenis.

Agora os pesquisadores vão se dedicar a desenvolver processos que possam viabilizar a produção em larga escala da nova célula. Como ela tira proveito de um fenômeno que só ocorre em microescala, uma célula de tamanho suficiente para ser útil na prática deverá ser formada por inúmeras microestruturas em Y.