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 ricaricati quando si esauriscono. Una cella a combustibile è tipicamente caratterizzata dal tipo di elettrolita utilizzato, dalla sua temperatura di funzionamento 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 a ossido solido, richiedono alte temperature di esercizio per raggiungere un'alta efficienza energetica. Le reazioni a queste alte temperature possono spesso convertire più energia chimica interna in elettricità, piuttosto che perdere molta energia a causa del calore disperso. Le celle a combustibile con temperature di funzionamento più basse, d'altra parte, sono in genere più portatili. Le celle a combustibile con elementi di scambio polimerici (PEMFC) sono allo studio per la loro promettente applicazione nel trasporto.
I PEMFC possono raggiungere un'efficienza relativamente elevata mentre funzionano a una temperatura inferiore a 212 gradi Fahrenheit (100 gradi Celsius). Una temperatura di funzionamento così bassa consente alla cella a combustibile di avviarsi rapidamente. Questo tipo di cella a combustibile utilizza anche un film plastico solido come elettrolita, il che rende la sigillatura della cella a combustibile più semplice rispetto ad altri tipi di elettroliti. Questa combinazione di caratteristiche ha reso la PEMFC un candidato ideale per la sostituzione dei motori a combustione automobilistica.
Alcuni hanno ipotizzato che le celle a combustibile alla fine sostituiranno del tutto i sistemi di trasporto a base di benzina. Un'economia basata sull'idrogeno, piuttosto che sul petrolio, potrebbe godere di numerosi vantaggi chiave. In primo luogo, le emissioni dei veicoli sarebbero limitate al vapore acqueo, che non rappresenta una evidente minaccia ambientale. In secondo luogo, i veicoli alimentati a idrogeno possono eventualmente rivelarsi più potenti per unità di massa di carburante. Infine, l'approvvigionamento di idrogeno potrebbe potenzialmente essere una risorsa rinnovabile, a differenza dei combustibili fossili, che non sono rinnovabili.
Le celle a combustibile alcaline sono il tipo usato 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 elevato 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 diffusa adozione nelle applicazioni terrestri.