Princípios básicos e desenvolvimento de células a combustível
Uma célula de combustível é um dispositivo de conversão de energia. É baseado no princípio da eletroquímica, ou seja, no princípio de funcionamento de uma bateria primária. A energia química armazenada no combustível e no oxidante é convertida isotérmica em energia elétrica, e o processo real é uma reação redox. A célula de combustível é composta principalmente de quatro partes, a saber, um ânodo, um cátodo, um eletrólito e um circuito externo. O gás combustível e o gás oxidante são respectivamente introduzidos a partir do ânodo e do cátodo da célula combustível. O gás combustível emite elétrons no ânodo, e os elétrons são conduzidos para o cátodo através de um circuito externo e combinados com o gás oxidante para gerar íons. Sob a ação de um campo elétrico, os íons migram para o ânodo através do eletrólito, reagem com o gás combustível, formam um loop e geram uma corrente elétrica. Ao mesmo tempo, a célula de combustível gera uma certa quantidade de calor devido à sua própria reação eletroquímica e à resistência interna da bateria. Os cátodos da bateria, além de conduzir elétrons, também atuam como catalisadores da reação redox. Quando o combustível é um hidrocarboneto, é necessário que o ânodo tenha uma atividade catalítica mais alta. Os ânodos e cátodos são geralmente porosos, a fim de facilitar a passagem de gases de reação e a descarga do produto. O eletrólito funciona para transferir íons e separar o gás combustível e o gás oxidante. Para bloquear a mistura dos dois gases, é causado o curto-circuito interno da bateria e o eletrólito geralmente é uma estrutura densa.