Celle a combustibile
La cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico che converte in maniera diretta l’energia chimica contenuta in un combustibile in energia elettrica.
Nella trasformazione elettrochimica, esotermica e che avviene in assenza di combustione, il combustibile (idrogeno) si combina con il comburente (ossigeno presente nell’aria) per produrre soltanto energia elettrica ed acqua. La trasformazione è caratterizzata da rendimento di produzione di energia elettrica molto alto, tuttavia alcuni fenomeni, come la catalisi e la resistenza interna, pongono limiti pratici all’efficienza. Il calore prodotto deve essere sottratto per mantenere la temperatura costante.
A differenza delle batterie, anch’esse dispositivi elettrochimici in grado di convertire l’energia chimica in elettrica, le celle a combustibile sono un sistema aperto e la produzione di energia elettrica può avvenire con continuità nel tempo e finché al sistema viene fornito combustibile (idrogeno) ed ossidante (ossigeno o aria).
Queste caratteristiche energetiche ed ambientali, rendono le celle a combustibile una delle tecnologie più promettenti per la produzione di energia elettrica in diverse applicazioni, che spaziano dalla generazione/cogenerazione distribuita, alla cogenerazione residenziale e industriale, alla generazione portatile e alla trazione.
Inoltre la possibilità di produrre idrogeno da energia elettrica rinnovabile (ad esempio da fotovoltaico o eolico) permette di accumulare per grandi quantitativi di energia e per lungo tempo. Questa ulteriore caratteristica inserisce l’idrogeno nel processo di penetrazione delle fonti rinnovabili nel mercato energetico, collegando la potenziale richiesta del combustibile all’offerta.
Una cella a combustibile si caratterizza macroscopicamente con due comparti, l’anodo dove viene alimentato l’idrogeno ed il catodo dove viene alimentato l’ossigeno, separati da un elettrolita. All’anodo ed al catodo si trovano quindi i due elettrodi in materiale poroso, separati dall’elettrolita, che hanno la funzione di siti catalitici per le reazioni di cella, dove si consumano quindi idrogeno ed ossigeno, con produzione di acqua e passaggio di corrente elettrica nel circuito esterno. L’elettrolita ha la funzione di condurre gli ioni da un comparto all’altro. I gas vengono veicolati all’interno della cella a combustibile attraverso dei piatti che ne permettono un’omogenea diffusione.
