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Célula de combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC)

1960
  • Willard Thomas Grubb
  • Leonard Niedrach
Célula de combustível de membrana de troca de prótons em um ambiente de laboratório, apresentando a tecnologia de conversão de energia.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Uma membrana de troca de prótons Célula de combustível A célula a combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC) utiliza uma membrana de polímero sólido, como o Nafion, como eletrólito. Essa membrana conduz seletivamente prótons (H⁺) do ânodo para o cátodo. As PEMFCs operam em baixas temperaturas (tipicamente entre 50 e 100 °C), permitindo inicialização rápida e um design compacto. Elas requerem hidrogênio de alta pureza como combustível para evitar o envenenamento dos catalisadores à base de platina.

The heart of the PEMFC is the membrane electrode assembly (MEA), which consists of the proton-exchange membrane sandwiched between two catalyst-coated electrodes. At the anode, hydrogen gas is split into protons and electrons: [latex]H_2 \rightarrow 2H^+ + 2e^-[/latex]. The solid polymer membrane, which is an electrical insulator, allows only the protons to pass through to the cathode. The electrons are forced to travel through an external circuit, generating the electrical current. At the cathode, oxygen from the air, the protons from the membrane, and the electrons from the external circuit combine to form water: [latex]O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O[/latex].

A critical aspect of PEMFC operation is water management. The membrane must remain hydrated to maintain its proton conductivity, but excess water at the cathode (product water) can block the flow of oxygen to the catalyst sites, a phenomenon known as ‘flooding’. The low operating temperature makes PEMFCs susceptible to catalyst poisoning, particularly from carbon monoxide (CO) present in reformed hydrogen, which binds strongly to the platinum catalyst sites. This necessitates the use of very pure hydrogen fuel, increasing operational costs.

UNESCO Nomenclature: 3305
Tecnologia energética

Tipo

Dispositivo físico

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Invenção da célula de combustível por William Grove (1838)
  • Desenvolvimento da primeira membrana polimérica de troca iônica, Nafion, por Walther Grot na DuPont (final da década de 1960)
  • pesquisa sobre as propriedades catalíticas da platina

Aplicações

  • propulsion systems for fuel cell electric vehicles (FCEVs) like the Toyota Mirai and Hyundai Nexo
  • Unidades de energia de reserva para infraestrutura crítica
  • geradores de energia portáteis para uso recreativo e militar
  • veículos de movimentação de materiais, como empilhadeiras
  • Fontes de energia para a espaçonave do Projeto Gemini da NASA

Patentes:

  • US2913511A (Willard T. Grubb, 1959)

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: pemfc, membrana de troca de prótons, nafion, catalisador, platina, combustível de hidrogênio, conjunto de eletrodo de membrana, baixa temperatura, automotivo, General Electric.

Contexto histórico

Célula de combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC)

1960
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1960
1962
1964
1970
1960
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1960
1960
1960
1963
1965-12-21
1970

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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