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 riforniti quando si esauriscono.Una cella a combustibile è in genere caratterizzata dal tipo di elettrolita utilizzato, dalla temperatura operativa e dalle sue possibili applicazioni.La maggior parte delle ricerche 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 carburante 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 per la loro temperatura di lavoro.Molti design, come la cella a combustibile a ossido solido, richiedono elevate temperature operative 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 dei rifiuti.Le celle a combustibile con temperature operative più basse, d'altra parte, sono in genere più portatili.Polymer Exchange Member Fuel Cells (PEMFCS) sono in fase di studiamento per la loro promettente applicazione nei trasporti.

PEMFCS può ottenere un'efficienza relativamente elevata mentre opera a una temperatura inferiore a 212 gradi Fahrenheit (100 gradi Celsius).Una temperatura operativa così bassa consente alla cella a combustibile di avviarsi rapidamente.Questo tipo di cella a combustibile utilizza anche un film in plastica solida come elettrolita, che rende la tenuta della cella a combustibile più semplice rispetto ad altri tipi di elettroliti.Questa combinazione di funzionalità ha reso il 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 diversi vantaggi chiave.In primo luogo, le emissioni del veicolo sarebbero limitate al vapore acqueo, che non rappresenta evidente minaccia ambientale.In secondo luogo, i veicoli alimentati dall'idrogeno possono eventualmente rivelarsi più potenti per una 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 alcalina sono il tipo utilizzato nell'esplorazione dello spazio, compresi i volo spaziali Apollo sulla luna.Combinano idrogeno e ossigeno per generare elettricità, rilasciando calore e acqua nel processo.Una soluzione alcalina acquosa 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 diffusa adozione nelle applicazioni terrestri.