Cella a combustibile Apparecchio
elettrochimico utilizzato per convertire in elettricità
l'energia chimica di una reazione. A differenza di una cella
elettrochimica o di una batteria, una cella a combustibile
non si esaurisce e non richiede ricarica; funziona fintanto
che vengono forniti ai due elettrodi un carburante e un
agente ossidante.
FUNZIONAMENTO
Il combustibile, in genere idrogeno,
ammoniaca o idrazina, viene utilizzato all'anodo, cioè
all'elettrodo positivo, mentre l'ossidante, spesso aria
o ossigeno, viene fornito al catodo. I due elettrodi della
cella sono separati da un conduttore ionico elettrolitico.
Nella cella idrogeno-ossigeno, che prevede l'uso di un idrossido
di metallo come elettrolita, all'anodo e al catodo si sviluppano
le seguenti reazioni 2H2 + 4OH¯?4H2O + 4e¯ e O2
+ 2H2O + 4e?4OH¯. Gli elettroni generati all'anodo
si muovono lungo un circuito esterno e passano al catodo,
mentre gli ioni OH¯ prodotti al catodo giungono attraverso
l'elettrolita all'anodo, dove si combinano con l'idrogeno,
formando acqua che deve essere rimossa durante il funzionamento
per evitare l'allagamento dell'apparecchio. Il voltaggio
erogato da una cella di questo tipo è di 1,2 V. Le
celle a idrogeno-ossigeno che usano membrane a scambio ionico
o elettroliti dell'acido fosforico furono usate rispettivamente
nei programmi spaziali Gemini e Apollo.
CELLE A CARBONATI
FUSI
Attualmente sono in
via di sviluppo celle a combustibile che utilizzano elettroliti
di carbonati fusi. L'elettrolita che a temperatura ambiente
si presenta allo stato solido, si trasforma in liquido alla
temperatura di funzionamento (tra i 650 e gli 800 °C).
Simili celle presentano il vantaggio di utilizzare come carburante
monossido di carbonio, e ciò permette di usare anche
miscele di monossido di carbonio e idrogeno prodotte durante
la gassificazione del carbone.
CELLE A COMBUSTIBILE
SOLIDO
Di largo impiego sono
anche le celle a combustibile solido in cui l'elettrolita
è diossido di zirconio solido, un composto che a circa
1000 °C presenta una buona conducibilità elettrica,
e il carburante può essere idrogeno, monossido di carbonio
o metano, assieme ad aria o ossigeno forniti gradualmente
al catodo. L'elevata temperatura di funzionamento delle celle
a ossido solido permette l'uso diretto di metano, un combustibile
che non richiede l'impiego di costosi catalizzatori al platino.
Le celle a ossido solido hanno il vantaggio di essere relativamente
poco sensibili alle impurità del combustibile, quali
ad esempio i composti di zolfo e azoto, che riducono la funzionalità
di altri sistemi simili.
VANTAGGI DELLE
NUOVE TECNOLOGIE
La temperatura relativamente
alta di utilizzo sia delle celle a carbonati fusi sia di quelle
a ossidi solidi facilita la rimozione di acqua prodotta dalla
reazione sotto forma di vapore. Nelle celle a bassa temperatura,
al contrario, si deve provvedere artificialmente alla rimozione
dell'acqua dalla camera dell'anodo.
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