O emprego de células de combustível a hidrogênio pode ser uma tecnologia adequada ao transporte automotivo. O quadro apresenta características de cinco tecnologias mais proeminentes de células de combustível.
Testes operacionais com esses tipos de células têm indicado que as melhores alternativas para veículos são as que operam em baixos níveis de energia térmica, são formadas por membranas de eletrólitos poliméricos e ocorrem em meio ácido.
THOMAS, S; ZALBOWITZ, M. Full cells: green power. Los Alamos National Laboratory. Los Alamos, NM, 1999 (adaptado).
A tecnologia testada mais adequada para o emprego em veículos automotivos é a célula de combustível
A) AFC.
B) MSFC.
C) PEM.
D) PAFC.
E) SOFC.
Resolução em Texto
- Matérias Necessárias para a Solução:
- Química (Eletroquímica).
- Nível da Questão: Médio.
- Gabarito: C.
1º Passo: Análise do Comando e Definição do Objetivo
- Comando da Questão:
Identificar qual tecnologia de célula de combustível a hidrogênio é mais adequada para veículos automotivos, considerando baixos níveis de energia térmica, membrana de eletrólitos poliméricos e funcionamento em meio ácido. - Palavras-chave:
- “Baixos níveis de energia térmica”;
- “Membrana de eletrólitos poliméricos”;
- “Meio ácido”.
- Objetivo:
Selecionar a célula de combustível que atende aos requisitos descritos no enunciado. - Dica Geral:
⚠️ Em questões sobre células de combustível, preste atenção nos parâmetros operacionais, como temperatura e composição do eletrólito.
2º Passo: Tradução e Interpretação do Texto
O enunciado destaca os critérios para a escolha da célula de combustível mais adequada:
- Operação em baixas temperaturas (baixa energia térmica);
- Presença de uma membrana de eletrólitos poliméricos;
- Funcionamento em meio ácido.
- Conclusão parcial:
A célula PEM é a mais indicada, pois opera em temperaturas moderadas (60–100 °C), utiliza ácido poliperfluorossulfônico sólido como eletrólito e a reação química evidencia um meio ácido (H⁺ presente nas semirreações).
3º Passo: Explicação de Conceitos Necessários
- Células de Combustível:
- São dispositivos que convertem energia química em energia elétrica de forma direta, utilizando hidrogênio como combustível.
- Eletrólito Polimérico:
- Um material que permite a condução de íons entre os eletrodos, essencial para o funcionamento da célula de combustível.
- Meio Ácido:
- Indicado pela presença de H⁺ nas semirreações, que facilita o transporte de prótons.
- PEM (Membrana de Eletrólitos Poliméricos):
- Caracterizada pela operação em temperaturas moderadas e alta eficiência, sendo ideal para aplicações em veículos.
4º Passo: Análise das Alternativas
- A) AFC (Alkaline Fuel Cell):
Incorreta. Opera com hidróxido de potássio em meio básico, não atendendo à exigência de meio ácido. - B) MSFC (Molten Carbonate Fuel Cell):
Incorreta. Opera em altas temperaturas (600–1000 °C), incompatíveis com o requisito de baixa energia térmica. - C) PEM (Proton Exchange Membrane):
Correta. Opera em temperaturas moderadas (60–100 °C), possui membrana de eletrólitos poliméricos e ocorre em meio ácido (presença de H⁺). - D) PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell):
Incorreta. Embora funcione em meio ácido, sua temperatura operacional (175–200 °C) é superior ao intervalo ideal. - E) SOFC (Solid Oxide Fuel Cell):
Incorreta. Opera em temperaturas extremamente altas (600–1000 °C), incompatíveis com veículos automotivos. - Dica Geral:
⚠️ Quando a questão menciona “meio ácido”, procure por reações que envolvam H⁺ nos eletrodos.
5º Passo: Conclusão e Justificativa Final
- Conclusão:
A alternativa correta é C, pois a célula PEM atende aos critérios de temperatura moderada, membrana polimérica e funcionamento em meio ácido. - Resumo Final:
A célula de combustível PEM é ideal para veículos automotivos devido à sua operação eficiente em temperaturas moderadas (60–100 °C), utilização de eletrólitos poliméricos e reação em meio ácido.
