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Pile a combustibile

Risparmio energetico
Una pila a combustibile (detta anche cella a combustibile dal nome inglese fuel cell) è un dispositivo elettrochimico che permette di ottenere elettricità direttamente da certe sostanze, tipicamente da idrogeno ed ossigeno, senza che avvenga alcun processo di combustione termica.
L'efficienza o rendimento delle pile a combustibile può essere molto alta; alcuni fenomeni però, come la catalisi e la resistenza interna, pongono limiti pratici alla loro efficienza.

Il principio alla base delle pile a combustibile è quello della generazione diretta, a partire dalle sostanze reagenti (per esempio idrogeno ed ossigeno) di una forza elettromotrice per mezzo di una reazione elettrochimica, in modo analogo alle pile elettriche, anziché attraverso processi di conversione di energia, come si fa invece nei generatori elettrici azionati da macchine a combustione termica.
La reazione elettrochimica si basa sull'idea di spezzare le molecole del combustibile o del comburente (di solito ossigeno atmosferico) in ioni positivi ed elettroni; questi ultimi, passando da un circuito esterno, forniscono una corrente elettrica proporzionale alla velocità della reazione chimica, e utilizzabile per qualsiasi scopo.




Pile a membrana a scambio protonico

Le pile a combustibile più note sono le pile a membrana a scambio protonico, o "PEM". In esse, l'idrogeno si separa in protoni ed elettroni sull'anodo; i protoni possono passare attraverso la membrana per raggiungere il catodo, dove reagiscono con l'ossigeno dell'aria, mentre gli elettroni sono costretti a passare attraverso un circuito esterno per raggiungere il catodo e ricombinarsi, fornendo potenza elettrica. Il catalizzatore presente sugli elettrodi è quasi sempre il platino, in una forma o in un'altra.
Variazioni sul tema delle PEM sono pile dirette a metanolo o ad acido formico, dove si usa un combustibile liquido. Entrambi i tipi di pila hanno basse densità di potenza e sono adatti soprattutto alle applicazioni di bassa potenza e quando sicurezza o praticità impediscono l'uso di gas, come nella microelettronica.


Differenze tra una pila a combustibile e una batteria

Le pile a combustibile producono corrente continua come le normali batterie, e le reazioni seguono in entrambi i casi le leggi dell'elettrochimica. La differenza essenziale è dove l'energia viene immagazzinata.
In una batteria,l'energia è immagazzinata nella batteria stessa. La batteria è un sistema completo di stoccaggio e conversione dell'energia.
In una pila a combustibile,l'energia è immagazzinata al di fuori della pila, per esempio in un serbatoio di idrogeno. La pila è solo un convertitore e non contiene di per sé alcuna energia.

Ci si aspetta che l'elettronica, dove la potenza fornita e l'efficienza non sono parametri particolarmente importanti, sarà il primo campo di applicazione delle pile a combustibile nel mondo reale. Oltre a cellulari che funzionano a cartucce di metanolo, sono allo studio computer portatili e gruppi di continuità da usare in caso di black-out.


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