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(si apre in una nuova finestra) (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.
