Introduzione a 5 tipi di celle a combustibile

Una cella a combustibile con membrana a scambio protonico utilizza una membrana a scambio protonico come elettrolita. In questo tipo di cella a combustibile, l'idrogeno viene alimentato attraverso l'anodo mentre l'ossigeno viene fornito al catodo, con la membrana a scambio protonico che funge da elettrolita tra di loro. Durante la reazione elettrochimica, l'idrogeno gassoso all'anodo viene suddiviso in protoni ed elettroni. Mentre i protoni attraversano la membrana a scambio protonico, gli elettroni fluiscono attraverso un circuito esterno, generando energia elettrica. Al catodo, l'ossigeno si combina con protoni ed elettroni, producendo vapore acqueo come sottoprodotto. Le PEMFC offrono vantaggi quali elevata densità di potenza, tempi di avvio rapidi e conversione ad alta efficienza, che le rendono ampiamente utilizzate nei veicoli di trasporto come automobili e autocarri leggeri.

Una cella a combustibile alcalina utilizza una soluzione di idrossido di potassio come elettrolita. Negli AFC, l'idrogeno gassoso viene decomposto in ioni idrogeno ed elettroni all'anodo. Gli ioni idrogeno attraversano la soluzione di idrossido di potassio, mentre gli elettroni fluiscono attraverso un circuito esterno, generando energia elettrica. Al catodo, l'ossigeno si combina con gli ioni idrogeno e gli elettroni, producendo acqua come sottoprodotto. Gli AFC mostrano un'elevata efficienza di conversione e durata, ma a causa della corrosività della soluzione di idrossido di potassio trovano ampia applicazione in aree specifiche come l'aerospaziale e la difesa.

Una cella a combustibile ad acido fosforico utilizza acido fosforico come elettrolita. Nei PAFC, l'idrogeno gassoso viene suddiviso in protoni ed elettroni all'anodo. I protoni migrano attraverso l'elettrolita acido fosforico, mentre gli elettroni fluiscono attraverso un circuito esterno, generando energia elettrica. Al catodo, l'ossigeno si combina con protoni ed elettroni, producendo acqua come sottoprodotto. I PAFC offrono conversione e stabilità ad alta efficienza, comunemente applicati nei gruppi elettrogeni e nei sistemi di cogenerazione.

Una cella a combustibile a ossido solido utilizza un materiale di ossido solido come elettrolita. In una SOFC, l'idrogeno gassoso viene scomposto in protoni ed elettroni all'anodo. I protoni migrano attraverso l'elettrolita di ossido solido, mentre gli elettroni fluiscono attraverso un circuito esterno, generando energia elettrica. Al catodo, l'ossigeno subisce ossidazione poiché si combina con protoni ed elettroni, generando ioni di ossigeno. Questi ioni di ossigeno passano attraverso l'elettrolita di ossido solido fino all'anodo, dove reagiscono con l'idrogeno gassoso, producendo vapore acqueo come sottoprodotto. Le SOFC offrono vantaggi come conversione ad alta efficienza, flessibilità del carburante e lunga durata, che le rendono comunemente utilizzate nei gruppi elettrogeni e nei sistemi di cogenerazione.

Una cella a combustibile a carbonati fusi (MCFC) è anche una cella a combustibile ad alta temperatura che utilizza carbonato fuso come elettrolita. In un MCFC, il gas combustibile è tipicamente costituito da una miscela di idrogeno e anidride carbonica. Questi gas vengono decomposti in ioni carbonato ed elettroni nella zona di reazione dell'anodo. Gli ioni carbonato possono migrare attraverso l'elettrolita carbonato fuso ad alte temperature e, nella zona di reazione del catodo, combinarsi con l'ossigeno per generare acqua, anidride carbonica ed elettroni. Gli elettroni fluiscono attraverso un circuito esterno, producendo energia elettrica. La temperatura operativa degli MCFC varia generalmente da 600 a 700 gradi Celsius.