Labsolutions - Glossário Célula combustível

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Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento, BAS Inc.
Professor Noriyuki Watanabe

AC DF GI JM NR SZ

A-C

	Vocabulário	Comentário
	AEM	Abreviatura de membrana de troca aniônica. Permite a transferência de OH - .
	AFC	Abreviatura de célula de combustível alcalina. Célula de combustível alcalina. Use um eletrólito alcalino. Os íons transportadores são íons hidróxido (OH - ).
	Agromelato	Um agregado de partículas finas de carbono dispersas em PEMFC (partículas finas de platina de tamanho nanométrico são suportadas como catalisadores na superfície). Sua superfície é coberta por uma solução eletrolítica e há uma parte hidrofóbica na qual a passagem do gás de reação está parcialmente entrelaçada em um labirinto.
	Célula de combustível alcalina (AFC)	Um eletrólito alcalino é usado. Os íons transportadores de carga são íons hidróxido (OH - ). Como a reação de redução do oxigênio é rápida em condições alcalinas, é possível usar outros eletrodos além de Pt, mas por outro lado, há vantagens e desvantagens de que a presença do gás dióxido de carbono é prejudicial. Foi usado no programa Apollo no início dos anos 1960 e provou ser eficaz, mas mais tarde foi alterado para PEMFC no programa Gemini. O eletrólito é um KOH ou NaOH, e o íon que carrega a carga é OH - . A dificuldade é que a solubilidade do carbonato gerado pela presença de dióxido de carbono é baixa e causa problemas. A reação do eletrodo é a seguinte. a reação catódica ½O 2 + H 2O + 2e → 2OH - a reação anódica H 2 + 2OH - → 2H 2 O + 2e a reação total é H 2 + ½O 2 → H 2 O. Difere do PEMFC porque a água é gerada no lado do ânodo (em PEMFC, a água é gerada no lado do cátodo). OH - do cátodo para o ânodo, a água se move do ânodo para o cátodo. A actividade do eléctrodo é elevada em condições alcalinas, mas o principal ponto fraco é que o próprio sistema tem baixa resistência ao CO2 .
	AMFC	Abreviatura de célula a combustível com membrana de troca aniônica. Célula de combustível alcalina usando uma membrana de troca aniônica.
	Ânodo	Um eletrodo no qual ocorre uma reação de oxidação. Também chamado de eletrodo negativo. Torne-se um cátodo.
	Envenenamento por catalisador	As impurezas (monóxido de carbono CO e enxofre) no combustível ligam-se aos sítios ativos do catalisador e a atividade do catalisador é perdida.
	Cátodo	Um eletrodo no qual ocorre uma reação de redução. Também chamado de eletrodo positivo.
	cogeração	Abreviatura de calor e energia combinados. Um mecanismo para melhorar a eficiência da utilização de energia, utilizando eficazmente a energia térmica gerada pela geração de energia. Cogeração. Também chamada de cogeração. Efetivamente aplicado em células de combustível de alta temperatura (SOFC, MCFC e PAFC).
	Resistência ao CO	Eletrodos de platina são facilmente envenenados por CO. Quando envenenados, a atividade catalítica diminui. Isso é chamado de baixa tolerância ao CO.
	Cogeração	CHP. Uma direção e mecanismo que visa melhorar a eficiência através do uso eficaz da geração de energia e da geração simultânea de energia térmica de forma integrada. Também chamado brevemente de cogene. É efetivamente aplicado em células a combustível de alta temperatura (SOFC, MCFC e PAFC).
	Cruzamento	Em um DMFC, o combustível, metanol, permeia a membrana eletrolítica sólida do lado do eletrodo anódico até o lado do oxigênio (cátodo). Em geral é a permeação do combustível para o lado do cátodo, provocando uma redução na força eletromotriz da bateria.

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D-F

	Vocabulário	Comentário
	DEFC	Abreviatura de célula a combustível de etanol direto. Uma célula de combustível que utiliza o etanol combustível diretamente para a reação de oxidação anódica. O íon transportador é um próton. Use a mesma membrana eletrolítica usada para PEMFC.
	DMFC	Abreviatura de célula de combustível de metanol direto. Uma célula de combustível que utiliza o metanol combustível diretamente para a reação de oxidação anódica. O íon transportador é um próton. Use a mesma membrana eletrolítica usada para PEMFC.
	Fluxo eletro-osmótico	Nos tipos de membrana sólida de troca iônica (PEMFC, DMFC, etc.), o movimento da água hidratada à medida que os prótons se movem.
	Capacidade energética	A energia que pode ser obtida do combustível é expressa em termos de unidade de peso ou volume. Por exemplo, J/g, Wh/g, Wh/L, kWh/g, kWh/L, etc. (J é joule, W é watt). W é trabalho, h é tempo e o produto é energia. Também chamada de densidade de energia.
	EOR	Abreviatura de reação de oxidação do etanol. Etanol direto Reação de oxidação do etanol no eletrodo anódico de uma célula a combustível.
	Célula a combustível de etanol (DEFC)	Sob condições ácidas, a reação anódica CH 3 CH 2 OH + 3H 2 O → 2CO 2 + 12H + + 12e a reação catódica 3O 2 + 12H + + 12e → 6H 2 O a reação total CH 3 CH 2 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O Na verdade, a reação não pode ser realizada até o fim, apenas até a produção de ácido acético e acetaldeído (somente 4e). Sob condições alcalinas, a reação anódica é CH 3 CH 2 OH + 12OH - → 2CO 2 + 9H 2 O + 12e a reação catódica 3O 2 + 12H + + 12e → 6H 2 O a reação total CH 3 CH 2 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O Na verdade, a reação não pode ser realizada ao final, apenas para a produção de ácido acético e acetaldeído (somente 4e). Sob condições alcalinas, a reação anódica é CH 3 CH 2 OH + 12OH - → 2CO 2 + 9H 2 O + 12e a reação catódica é 3O 2 + 6H2 O + 12e → 12OH - A reação total CH 3 CH 2 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O No entanto, o catalisador anódico atual não completa a reação acima, e apenas prossegue na etapa abaixo. CH 3 CH 2 OH + 4OH - → CH 3 COOH + 3H 2 O + 4e
	Inundações	Quando a água é gerada no cátodo, como em um PEMFC, ocorre uma condição de inundação em que a água transborda a ponto de bloquear o caminho de difusão do gás. É por isso que o gerenciamento da umidade é tão importante.
	Célula de combustível (FC)	Um mecanismo ou dispositivo que converte energia química (energia interna de uma substância) em energia elétrica. Uma bateria composta por uma combinação de uma reação de oxidação de combustível (principalmente moléculas de hidrogênio; outro metanol, etanol, ácido fórmico, etc.) que ocorre no lado do ânodo (eletrodo negativo) e uma reação de redução de um oxidante (principalmente moléculas de oxigênio) que ocorre no lado do cátodo (eletrodo positivo). A característica é que existe a possibilidade de que a eficiência da utilização de energia possa ser aumentada em comparação com a máquina térmica.
	Reforma de combustível	A conversão de petróleo, carvão, gás natural, biogás, etc. em hidrogênio molecular para combustível por meio de catálise e reações químicas.

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GI

	Vocabulário	Comentário
	Eletrodo de difusão de gás (GDE)	No caso do PEMFC, um eletrodo poroso composto por partículas ultrafinas de catalisador (a platina é um exemplo típico) suportado em partículas finas de carbono. Acredita-se que um microespaço circundado por uma região parcialmente coberta do eletrólito hidrofílico e uma região hidrofóbica que pode servir de passagem para o gás (combustível e gás oxidante) forma uma estrutura intrincada. Possui uma interface onde as fases do combustível e do gás oxidante, catalisadores e eletrodos entram em contato. O carbono é responsável pela condução dos elétrons e o eletrólito é responsável pela condução iônica.
	ONDE	Abreviatura de eletrodo de difusão de gás. Um eletrodo de difusão de gás.
	Pólo de hidrogênio	Um eletrodo que causa a oxidação do hidrogênio. Pólo anódico da célula de combustível.
	Armazenamento de hidrogênio	O método de armazenamento de hidrogénio como combustível e o método de fornecimento de hidrogénio (incluindo infra-estruturas) são problemas importantes para a utilização prática de células de combustível. Existem tanques (cilindros) de alta pressão, liquefação em baixa temperatura, oclusão em outros compostos, compostos, etc., e estes últimos estão sendo relatados de forma contínua e misturados com a verdade.
	GELO	Abreviatura de motor de combustão interna. Motor de combustão interna. Uma máquina que queima combustível para gerar energia como energia rotacional. Muitas vezes surge na história das células de combustível em comparação com as células de combustível.
	Membrana de troca iônica	A membrana usada no PEMFC é uma membrana de troca catiônica de troca de prótons. Por ser composto por uma membrana polimérica à base de Teflon (com polifluoroetileno como esqueleto) e possuir um grupo ácido sulfônico na cadeia lateral, os íons hidrogênio (prótons) podem carregar cargas. Recentemente, o desenvolvimento de membranas de troca aniônica alcalinas e estáveis para baterias alcalinas tornou-se ativo.
	Ionômero	Polímero condutor solúvel adicionado como eletrólito para facilitar a reação do eletrodo no cátodo e ânodo em PEMFC.

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J-M

	Vocabulário	Comentário
	LFFC	Abreviatura de célula de combustível de fluxo laminar. Célula de combustível microfluida. O desenvolvimento como uma pequena fonte de alimentação de acionamento tornou-se recentemente ativo.
	LSM	Abreviatura de manganita de estrôncio e lantânio. Manganato de lantanato dopado com estrôncio (LaMnO 3 ). É usado para o eletrodo positivo do SOFC como eletrodo para redução de oxigênio. É um condutor eletrônico.
	MCFC	Abreviatura de célula de combustível de carbonato fundido. O íon transportador é o íon carbonato (CO 3 2- ).
	COISA	Abreviatura de montagem de eletrodo de membrana. Complexo membrana-eletrodo. PEMFC, etc., no qual estão integrados uma membrana de troca sólida e um eletrodo-catalisador ligado a ela.
	Célula de combustível de metanol (DMFC)	Use o mesmo tipo de membrana de troca iônica usada em PEMFC (eletrólito ácido) a reação catódica é 3/2O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O a reação anódica é CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e a reação total é CH 3 OH + 3/2O 2 → CO 2 + 2H 2 O As desvantagens são o cruzamento do metanol e a taxa de reação lenta. Sob eletrólitos alcalinos, a taxa de reação do eletrodo é alta, mas a presença e formação de gás dióxido de carbono é uma grande desvantagem na produção de carbonatos com baixa solubilidade. Para célula de combustível alcalina usando uma membrana de troca aniônica, a reação catódica é &frac32;O 2 + 3H 2 O + 6e → 6OH - a reação total é CH 3 OH + &frac32;O 2 → CO 2 + 2H 2 O
	Célula de combustível microfluida	Uma pequena célula de combustível portátil que utiliza dois fluxos laminares em microescala (lado do ânodo e lado do cátodo). Há mistura por difusão no sentido perpendicular ao fluxo laminar, mas a ideia é que se o efeito da mistura não atingir os eletrodos, pode não haver membrana de troca. Há uma vantagem de que a propriedade líquida (pH, combustível, oxidante, etc.) do fluido que flui pode ser selecionada livremente de acordo com a finalidade.
	Célula de combustível de carbonato fundido (MCFC)	Utilizado em altas temperaturas (600 - 700 °C). O eletrólito (LiKCO 3 ) é um líquido quente. As reações em cada eletrodo são o lado anódico H 2 + CO 3 2- → H 2 O + CO 2 + 2e o lado catódico ½O 2 + CO 2 + 2e → CO 3 2- a reação total H 2 + ½O 2 → H 2 O é igual a outros FCs. o íon portador de carga é o íon carbonato (CO 3 2- ). O ânodo é níquel metálico poroso e o cátodo é óxido de níquel poroso (NiO).
	SENHOR	Abreviatura de reação de oxidação do metanol. Reação de oxidação direta do metanol no eletrodo anódico de uma célula a combustível de metanol.

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N-R

	Vocabulário	Comentário
	Membrana de Nafion	É um polímero com esqueleto de tetrafluoroetileno, possui grupo ácido sulfônico, capacidade de troca de prótons e condutividade elétrica.
	ORR	Abreviatura de Reação de Redução de Oxigênio. Reação de redução de oxigênio que ocorre no eletrodo positivo (cátodo).
	Sobretensão	A diferença de potencial que deve ser aplicada extra porque a transferência de carga é muito lenta no potencial de equilíbrio é chamada de sobretensão de ativação (polarização). Além disso, existem sobretensões causadas pela velocidade de movimento do ingrediente ativo que não consegue acompanhar e sobretensões causadas pela resistência ohm. A polarização devido à reação de redução de oxigênio no cátodo é geralmente grande em células de combustível, e a pesquisa continua para reduzi-la para obter um catalisador altamente ativo.
	Pólo de oxigênio	Um eletrodo que causa a redução de oxigênio no FC. É o eletrodo catódico.
	ORR	Redução das moléculas de oxigênio no pólo catódico, uma reação que envolve redução de quatro elétrons e clivagem da ligação oxigênio-oxigênio, que é uma das principais razões para taxas de reação lentas e grandes sobretensões, levando a uma diminuição na força eletromotriz. Além disso, o processo de formação de peróxido de hidrogênio ocorre parcialmente no limite de redução de dois elétrons. O peróxido de hidrogênio pode danificar a membrana eletrolítica do polímero e é desejável minimizar sua formação. A platina é atualmente o catalisador mais rápido para a reação, mas é um metal precioso raro e caro. Catalisadores alternativos à platina estão sendo ativamente estudados.
	PAFC	Abreviatura de célula a combustível de ácido fosfórico. O íon transportador é um próton.
	Corrente parasita	Corrente que não contribui para o fluxo de saída entre diferentes células individuais devido à estrutura da pilha.
	PEFC	Abreviatura de célula de combustível de eletrólito de polímero.
	PEMFC	Abreviatura de célula a combustível com membrana de troca de prótons ou célula a combustível com membrana eletrolítica de polímero. Célula de combustível tipo filme de polímero de troca de prótons. O íon transportador é um próton.
	Célula de combustível de fosfato (PAFC)	É a mais popular como célula de combustível distribuída, portátil e estacionária. Temperatura moderada (150°C - 200°C). O portador de carga (H + ) e a reação do eletrodo são iguais aos do tipo de membrana sólida de troca iônica.
	Polarização	A diferença de potencial que deve ser aplicada porque a reação de transferência de carga é muito lenta é chamada de polarização de ativação. Também é chamada de sobretensão de ativação. Além disso, existe uma polarização de transporte associada ao transporte de difusão e uma polarização resistiva causada pela resistência ôhmica.
	Curva de polarização	Uma curva que representa os valores de tensão e corrente da célula. Ele mostra uma queda de tensão devido à polarização de ativação, polarização de transporte, polarização de resistência, etc. Os primeiros e mais importantes itens de medição necessários para características de células de combustível e avaliação de desempenho.
	Eletrodo poroso	É utilizado com a finalidade de aumentar a área superficial efetiva do eletrodo. É importante aumentar a área superficial para aumentar a eficiência das reações de oxidação e redução do eletrodo. Torne-o poroso para isso. Também chamado de eletrodo poroso. Pano de carbono, fibra de carbono, etc. são usados para a espinha dorsal.
	Condução de prótons	No PEMFC e no PAFC, a carga é transportada pelo próton.

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S-Z

	Vocabulário	Comentário
	SAFC	Abreviatura de célula de combustível alcalina sólida. Célula de combustível alcalina que utiliza uma membrana eletrolítica polimérica (membrana de troca aniônica). Recentemente, foram realizadas pesquisas ativas para reduzir os efeitos do dióxido de carbono.
	SOFC	Abreviatura de célula a combustível de óxido sólido. Uma célula de combustível com óxido sólido (zircônia e céria; óxidos de zircônio e cério) como eletrólito. Especificação de temperatura mais alta (750°C - 1000°C).
	Célula de combustível de membrana de troca iônica sólida	Tipo de membrana de troca de prótons: PEMFC Tipo de eletrólito de polímero: PEFC Célula de combustível de metanol: DMFC O eletrólito é uma membrana de polímero de troca iônica sólida à base de Teflon com um grupo de ácido sulfônico na cadeia lateral (quase o mesmo que PEMFC). O íon que carrega a carga é um próton (H + ). Está sendo estudado como fonte de energia para automóveis devido às suas características como operação em média e baixa temperatura, partida em baixa temperatura e alta capacidade energética. a reação catódica ½O 2 + 2H + + 2e → H 2 O a reação anódica H 2 → 2H + +2e No entanto, o armazenamento de combustível de hidrogénio, o reabastecimento, o desenvolvimento de infra-estruturas, etc., ainda são enormes desafios.
	Célula a combustível de óxido sólido (SOFC)	Usado em altas temperaturas. Usa um eletrólito sólido condutor de íons de oxigênio (YSZ), que é mais estável que os MCFCs, pois é sólido e não vaza. As reações em cada eletrodo estão no lado anódico H 2 + O 2- → H 2 O + 2e no lado catódico ½O 2 + 2e → O 2-
	Pilha	Uma estrutura laminada na qual células individuais são empilhadas para obter a tensão eletromotriz necessária.
	TPB	Abreviatura de limite trifásico. Uma interface trifásica, um catalisador, uma fase gasosa e uma interface onde os eletrodos estão em contato. No caso do SOFC, significa a interface onde as três fases do pólo Ni, YSZ e fase gasosa se encontram, e é o local onde a oxidação do combustível ocorre de forma eficiente.
	Gerência de água	Na membrana eletrolítica polimérica tipo FC (PEMFC, AMFC, DMFC), a água é gerada no lado do cátodo ou do ânodo. Portanto, pode tornar-se excessivo na água. Além disso, a condutividade da membrana é altamente dependente do teor de água. Portanto, o gerenciamento adequado do conteúdo de água é importante.
	YSZ	Abreviatura de zircônia estabilizada com ítrio. Zircônia estabilizada pela adição de ítrio. Eletrólito sólido usado como condutor de íons de oxigênio em altas temperaturas. Devido ao grande bandgap, sua condutividade eletrônica é insignificante. Usado para SOFC.