Proiect Energii Regenerabile - Celule de Combustie

Ce sunt celulele de combustie ?

Un biolog italian, Luigi Galvani, care studia anatomia batracienilor, a descoperit că broaştele moarte pe care diseca se contractau atunci când le atingea cu bisturiul său. Era anul 1786, iar Galvani a fost pus în încurcătură privind natura acestui fenomen şi cauzele lui. Răspunsul a fost dat în anul 1790, de omul de ştiinţă italian Alessandro Volta. Picioarele broaştelor se contractaseră deoarece lichidele din interiorul lor reacţionau la contactul cu două metale diferite: alama (din lamelele cu care era prinsă broasca pe masa de studiu) şi fierul (din oţelul bisturiului). Această combinaţie forma o pilă electrică simplă (corpul broaştei fiind un soi de electrolit între cele două metale), iar curentul produs de pilă contracta muşchii picioarelor batracianului.Volta a făcut apoi o pilă electrică punând o hârtie umedă între discuri de cupru şi zinc, iar mai târziu a inventat prima baterie din lume, care era formată dintr-o coloană de pile electrice făcute din plăci de zinc şi de argint, cu separatoare de hârtie îmbibate în apă sărată.

Pilele de combustie se caracterizează prin alimentare, în timpul funcţionării, cu materiale electrochimic active, la ce doi electrozi. Principiul funcţionării a fost descoperit în 1839 de Grove, în timpul unor experienţe în care se electroliză apa: după deschiderea circuitului de electroliză, acul galvanometrului, în loc să revină la zero, se deplasa în sens contrar celui din timpul electrolizei. Explicaţia constă în combinarea hidrogenului cu oxigenul, la electrozii de platină a eudiometrului. Spre sfârşitul secolului al 19-lea, Oswald a încercat, în zadar, să atragă atenţia asupra importanţei pilelor de combustie în conversia electrochimică a energiei. Deabia în anii 50 ai secolului al 20-lea au fost întreprinse cercetări sistematice asupra pilei de combustie H2-O2, atractivă prin imensa densitate masică a energiei. Cercetările s-au soldat cu realizarea unor surse de putere destinate programelor Gemini (General Electric) şi Appolo (Pratt and Whitney Aircraft Corp); de atunci şi până azi s-au fabricat zeci de alte tipuri de pile de combustie.

1. Cum funcţionează celulele

După Volta, s-au inventat multe forme de pile electrice. Celulele de combustie funcţionează oarecum similar pilei electrice, transformând energia chimică a reacţiei de ardere în energie electrică. Ele produc electricitate prin eliberarea combustibulului (în cazul nostru hidrogen) la anod şi a oxidantului (aer care conţine oxigen în proporţie de 20%) la catod.

Cele două gaze, hidrogenul şi oxigenul din aer, se combină (spunem că hidrogenul arde) în prezenţa unui electrolit. În timpul reacţiei, între cei doi electrozi apare o diferenţă de potenţial, adică se produce electricitate. Apa rezultată din reacţie, fiind sub formă de vapori, se elimină de la sine, lăsând electrolitul curat şi gata pentru o nouă reacţie.

În celulele de combustie se introduce hidrogen de fiecare dată când se foloseşte electricitatea, pentru că ele nu stochează energia electrică produsă, aşa cum fac de regulă bateriile. O altă deosebire faţă de baterii este faptul că cei doi electrozi, anodul şi catodul, nu se consumă şi rămân stabili. Celulele de combustie pot funcţiona şi cu alcool, dar atunci, în afară de vapori de apă, rezultă şi o cantitate mică de bioxid de carbon, mult mai redusă decât dacă s-ar arde benzină.