Le celle a combustibile sono durevoli quanto i motori convenzionali?
Le celle a combustibile a elettrolita polimerico (PEFC) sono molto promettenti grazie alla loro bassa temperatura di funzionamento e alla possibilità di adattare la loro produzione di elettricità al fine di soddisfare i requisiti di alimentazione. Esse sono alimentate da idrogeno puro e generano elettricità con zero emissioni di carbonio. Un notevole progresso è stato compiuto nella riduzione dei costi e nell’aumento della durata delle PEFC, ma gli obbiettivi di durata pari a 40 000 ore sono ancora difficili da raggiungere. Con il supporto finanziario dell’UE, il progetto PREMIUM ACT (Predictive modelling for innovative unit management and accelerated testing procedures of PEFC) mirava a superare questo ostacolo. I ricercatori hanno adottato un approccio innovativo, combinando gli esperimenti con un originale modello meccanicistico multiscala per riprodurre la degradazione durante tutti i processi delle PEFC. Questo ha fornito nuove intuizioni sulla combinazione dei meccanismi di degradazione nelle PEFC che utilizzano idrogeno reformato, o idrogeno ottenuto mediante processi chimici catalitici. Le prove di invecchiamento sugli assemblati membrana elettrodo hanno mostrato due tipi di degradazione: perdite di prestazioni reversibili e permanenti. I cambiamenti nel comportamento elettrochimico sono stati identificati mediante metodi in-situ. Dei metodi ex-situ hanno aiutato a valutare la relazione tra la degradazione locale e le eterogeneità presenti nelle proprietà chimiche, fisiche e strutturali dei componenti della cella e degli stack di celle. Il funzionamento in regime stazionario della cella a combustibile a metanolo diretto e le prove del ciclo di carico hanno consentito ai ricercatori di identificare i fattori che definiscono la degradazione reversibile oltre alle condizioni che assicurano le minime perdite reversibili. Gli studi sui cicli di carico e sugli effetti della composizione del combustibile reformato hanno svelato che la concentrazione del monossido di carbonio ha un impatto significativo sul tasso della degradazione reversibile. Ma soprattutto i ricercatori hanno scoperto i meccanismi di invecchiamento connessi alla degradazione del catalizzatore dell’anodo, che contiene sia platino che rutenio. Nuove prove hanno suggerito che la dissoluzione e la rideposizione del rutenio, insieme alle condizioni locali, influiscono sul funzionamento delle PEFC. Essi hanno inoltre quantificato le perdite di polimeri e le proprietà di trasporto come un rapporto dei parametri di funzionamento. La ricerca di PREMIUM ACT ha accresciuto l’attuale comprensione dei funzionamenti delle PEFC e ha mostrato quali sono le condizioni che migliorano la stabilità della tensione e prolungano la durata della cella. Il miglioramento della durata dei sistemi a celle a combustibile per garantire 40 000 ore di funzionamento continuo è una sfida importante, ma il primo passo in questa direzione è stato fatto.
Parole chiave
Celle a combustibile, elettrolita polimerico, PREMIUM ACT, idrogeno reformato, cicli di carico, monossido di carbonio, platino
