Como as células voltaicas geram eletricidade via reação química, também são chamadas de células de combustível. Cada célula tem eletrodo positivo e negativo (ânodo e cátodo). Zinco e cobre são normalmente usados para ânodo e cátodo. Também presente um eletrólito, que transporta partículas carregadas entre eletrodos, e um catalisador, que acelera a reação nos eletrodos.
Para produzir corrente elétrica, íons sulfato devem mover-se entre ânodo e cátodo (da esquerda para direita) para equilibrar fluxo externo de elétrons. Essa é a reação eletroquímica necessária. Átomos de hidrogênio entram no ânodo, onde são despojados de elétrons e ionizados. Oxigênio entra no cátodo. Eletrólitos permitem apenas íons apropriados passarem entre ânodo e cátodo para gerar corrente. Pouca ou nenhuma poluição envolve esse processo, sendo água o único subproduto.
Vários tipos de células voltaicas/de combustível produzem corrente elétrica. Cada uma opera de forma ligeiramente diferente. Células alcalinas usam hidrogênio e oxigênio comprimidos e solução de hidróxido de potássio. Células de carbonato fundido usam compostos de sal ou carbonatos como eletrólito. Células de ácido fosfórico usam ácido fosfórico como eletrólito; componentes internos devem ser não corrosivos. Células de membrana de troca de prótons (PEM) usam folha fina permeável e operam em baixas temperaturas. Células de óxido sólido usam composto cerâmico de óxidos metálicos como eletrólito; temperaturas de operação muito altas; calor residual usado para gerar eletricidade adicional.
Subtipo de células voltaicas, as fotovoltaicas geram eletricidade convertendo luz no nível atômico. Células solares (nome comum) são compostas de junção PN e grande área superficial. Corrente gerada na zona de depleção da junção PN. Fótons de luz deslocam elétrons difundidos nessa área, criando elétron livre e lacuna. Ambos têm energia suficiente para saltar da área, gerando eletricidade.
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