Le celle a combustibile sono dispositivi che funzionano in modo simile alle batterie, con la differenza che le batterie hanno i loro reagenti immagazzinati all'interno, subendo reazioni di ossidoriduzione e trasformando l'energia chimica in elettrico; mentre le celle a combustibile non hanno energia chimica immagazzinata, ma i reagenti vengono continuamente iniettati.
Esistono diversi tipi di celle a combustibile, ma tutte hanno lo stesso principio di funzionamento e utilizzano combustibili gassosi. Pertanto, le celle a combustibile convertono l'energia rilasciata nelle reazioni di combustione in energia elettrica.
Di seguito è riportato uno schema di una delle celle a combustibile più comuni, chiamata AFC. Cella a combustibile alcalino, che tradotto significa “cella a combustibile alcalina”):
Schema di funzionamento di una cella a combustibile idrogeno/ossigeno
Questo è il progetto per una cella a combustibile, ma se combiniamo più celle in serie, il risultato sarà a cella a combustibile, con maggiore potenza.
Si noti che il gas idrogeno (H2), che è il carburante, viene pompato nella struttura porosa dell'anodo (polo negativo), che in questo caso è costituito da nichel. Dopo averlo attraversato, l'idrogeno passa all'elettrolita (soluzione acquosa di idrossido di potassio, KOH(Qui)), dove si dissolve e reagisce, formando il catione H+ e rilasciando elettroni. Pertanto, la semireazione anodica può essere rappresentata da:
Anodo: 1H2(g) + 2 OH-(Qui) → 2 H2oh(ℓ) + 2e-
Questi elettroni sono condotti al catodo attraverso il circuito esterno. Il catodo è un elettrodo di nichel rivestito con ossido di nichel idrato (Ni(OH)(S)) che catalizza la riduzione dell'ossigeno (generalmente dal pompaggio dell'aria), che avviene quando riceve elettroni. Quindi, la semireazione che avviene al catodo è:
Catodo: ½ O2(g) + 1 ora2oh(ℓ) + 2e- → 2 OH-(Qui)
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La reazione complessiva è data da:
2 ore2(g) + O2(g) → 2 ore2oh(ℓ)
Vedi che oltre all'energia elettrica prodotta, questa cellula genera acqua, che corrisponde a uno dei suoi principali vantaggi. Ecco perché è molto usato nelle navicelle spaziali, principalmente americane, come Gemini, Apollo e lo Space Shuttle. Per darvi un'idea, in 7 giorni, essendo alimentata dalla cella a combustibile, la navicella spaziale americana Apollo consuma 680 kg di idrogeno e produce 720 L di acqua.
Di seguito è una cella a combustibile della NASA:
La cella a combustibile alimentata a metanolo della NASA
Inoltre, molti scienziati lo hanno visto come un carburante del futuro, poiché non genera praticamente sostanze inquinanti. A causa della crisi petrolifera, dal 1973 sono cresciuti sempre di più gli studi per l'utilizzo delle celle a combustibile nelle auto e nelle case, nelle imprese e nelle industrie. Ad esempio, molte case automobilistiche in Europa, Giappone e Stati Uniti stanno introducendo esposizione e dimostrazione di veicoli a celle a combustibile ad alte prestazioni ed emissioni zero. inquinanti.
LOS ANGELES - 19 novembre 2008: Honda presenta il veicolo a celle a combustibile Honda FCSport al LA Auto Show*
In genere, in questi casi, è preferibile utilizzare combustibili liquidi, come metanolo ed etanolo, che possono essere convertiti in idrogeno a bordo del veicolo o che possono essere utilizzati direttamente.
* Crediti editoriali per l'immagine: LovelaceMedia / Shutterstock.com .
di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica
Vorresti fare riferimento a questo testo in un lavoro scolastico o accademico? Guarda:
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Cella a combustibile"; Brasile Scuola. Disponibile in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/celula-combustivel.htm. Consultato il 28 giugno 2021.
