Come è fatta una cella a combustibile

Come accennato esistono varie tipologie di celle a combustibile, nel caso della trazione automobilistica il miglior candidato sembra essere quello delle celle ad elettrolita polimerico.

Si tratta di celle elettrochimiche il cui conduttore ionico ovvero l'elettrolita è costituito da una sottilissima membrana di un polimero che in particolari condizioni di idratazione garantisce una buona mobilità agli ioni idrogeno che possono così migrare dall'anodo al catodo incontrando una ridotta resistenza.

Il vantaggio rispetto ad altri tipi di celle consiste nel non dover continuamente controllare il livello e la concentrazione dell'elettrolita, né tantomeno utilizzare materiali particolarmente pregiati non avendo a che fare con sostanze particolarmente corrosive.

La rappresentazione sottostante descrive, in maniera semplificata, i principali costituenti di una cella a combustibile ad elettrolita polimerico:

Nella figura sono rappresentati nell’ordine:

1) I piatti bipolari costituiscono gli elementi terminali della cella, ad essi è possibile collegare il circuito elettrico che utilizzerà la corrente prodotta dalla cella.

2) La membrana a scambio protonico costituisce l'elettrolita che permette la migrazione degli ioni.

3) Gli elettrodi rappresentato i siti attivi ove avviene l'ossidazione dell'idrogeno e la riduzione dell'ossigeno; l'insieme della membrana e dell'elettrodo viene generalmente denominato MEA (Membrane Electrode Assembly).

4) Il sistema di guarnizioni assicura la tenuta periferica dei reagenti e dell'eventuale fluido di refrigerazione.

5) I diffusori dei gas hanno il compito di convogliare i reagenti in prossimità dei siti attivi, sono costituiti da piccolissimi canali distribuiti a ridosso dell'elettrodo.

Dal punto di vista realizzativo esistono molte varianti sia per quanto riguarda i materiali impiegati per la realizzazione dei singoli componenti, sia per quanto riguarda la distribuzione interna dei fluidi; un aspetto comune a tutte le celle ad elettrolita polimerico è la bassa temperatura di funzionamento, variabile da 60 a 90 °C, e la capacità di di utilizzare unicamente idrogeno puro od una miscela ricca di questo gas come combustibile.

Di seguito sono raffigurate alcune realizzazioni attualmente in fase di avanzata sperimantazione da parte di alcune case costruttrici.

La Ballard è senza dubbio uno dei costruttori più attivi in questo settore, realizza da diversi anni dispositivi sperimentali destinati alla trazione automobilistica, agli impianti di potenza ed inifine microgenerazione per apparecchiature portatili come ad esempio personal computer.

Lo stack raffigurato in questa immagine è stato prodotto dalla De Nora, l'unica ditta italiana impegnata nella realizzazione di celle ad elettrolita polimerico.