Quali sono i diversi tipi di celle a combustibile?

Le celle a combustibile convertono l’energia chimica in elettricità. Sono simili alle batterie in funzione, tranne per il fatto che i reagenti chimici in una cella a combustibile possono essere reintegrati quando si esauriscono. Una cella a combustibile è tipicamente caratterizzata dal tipo di elettrolita utilizzato, dalla sua temperatura di esercizio e dalle sue possibili applicazioni. La maggior parte della ricerca sulle celle a combustibile è stata incentrata sulle applicazioni automobilistiche, sebbene vengano anche studiate per l’esplorazione dello spazio.

Una caratteristica importante di una cella a combustibile è il tipo di elettrolita utilizzato. Un elettrolita in una cella a combustibile collega elettricamente il combustibile e l’ossidante mantenendoli fisicamente separati. Gli elettroliti utilizzati nella tecnologia delle celle a combustibile possono essere liquidi o solidi, portando a diversi vantaggi e sfide di progettazione.

Un modo utile per classificare le celle a combustibile è la loro temperatura di lavoro. Molti progetti, come la cella a combustibile ad ossido solido, richiedono temperature di esercizio elevate per ottenere un’elevata efficienza energetica. Le reazioni a queste alte temperature possono spesso convertire più energia chimica interna in elettricità, piuttosto che perdere molta energia attraverso il calore di scarto. Le celle a combustibile con temperature di esercizio inferiori, d’altra parte, sono in genere più portatili. Le celle a combustibile con membri a scambio polimerico (PEMFC) sono in fase di studio per la loro promettente applicazione nei trasporti.

I PEMFC possono raggiungere un’efficienza relativamente elevata operando a una temperatura inferiore a 212 gradi Fahrenheit (100 gradi Celsius). Una temperatura di esercizio così bassa consente alla cella a combustibile di avviarsi rapidamente. Questo tipo di cella a combustibile utilizza anche una pellicola di plastica solida come elettrolita, che rende la sigillatura della cella a combustibile più semplice rispetto ad altri tipi di elettroliti. Questa combinazione di caratteristiche ha reso il PEMFC un candidato ideale per la sostituzione dei motori a combustione delle automobili.

Alcuni hanno ipotizzato che le celle a combustibile alla fine sostituiranno del tutto i sistemi di trasporto a benzina. Un’economia basata sull’idrogeno, piuttosto che sul petrolio, potrebbe godere di diversi vantaggi chiave. In primo luogo, le emissioni dei veicoli sarebbero limitate al vapore acqueo, che non rappresenta un’evidente minaccia ambientale. In secondo luogo, i veicoli alimentati a idrogeno potrebbero eventualmente rivelarsi più potenti per unità di massa di carburante. Infine, la fornitura di idrogeno potrebbe essere potenzialmente una risorsa rinnovabile, a differenza dei combustibili fossili, che non sono rinnovabili.

Le celle a combustibile alcaline sono il tipo utilizzato nell’esplorazione dello spazio, compresi i voli spaziali Apollo sulla luna. Combinano idrogeno e ossigeno per generare elettricità, rilasciando calore e acqua nel processo. Una soluzione acquosa alcalina viene utilizzata come elettrolita in questo tipo di cella a combustibile. Le celle a combustibile alcaline godono di un alto livello di sviluppo tecnologico e possono avere un’efficienza elettrica fino al 60%. Il costo di queste celle a combustibile, tuttavia, ha impedito la loro ampia adozione nelle applicazioni terrestri.