La prima batteria Fuel cell fù scoperta per caso da William Grove nel 1839 attraverso alcune sue ricerche sull'elettrolisi dell'acqua. Egli notò che, se nel bagno galvanico veniva interrotta la corrente per scindere l'idrogeno dall'ossigeno, il sistema ritornava alle condizioni iniziali, ovvero, i due elementi si ricombinavano tra loro con la generazione di una corrente in senso opposto. Si scoprì, quindi, la generazione di corrente in un processo elettrolitico tra un combustibile e un comburente. Infatti, il combustibile usato nelle Fuel Cell è l'Idrogeno mentre il comburente è l'ossigeno. Poichè tali batterie, per funzionare correttamente, richiedevano idrogeno e ossigeno allo stato puro difficili da produrre all'epoca, le Fuel Cell furono abbandonate per tanti anni ed ora rispolverati per un principio ecologico di primaria importanza.

Si ricorda che l'idrogeno e l'ossigeno combinandosi chimicamente, liberano una carica elettrica e come prodotto di scarto producono acqua pura ad una certa temperatura.

2H2 +O2----->2H2O

L'idrogeno (H2) lambisce l'elettrodo negativo della batteria. Non appena le molecole dell'idrogeno entrano in contatto con l'elettrodo negativo, si scindono in due atomi che, reagendo in modo elettrochimico, formano Protoni ed Elettroni. Gli elettroni fluiscono fuori dalla cella per essere usati dall'utilizzatore elettrico come energia elettrica.

Nel frattempo, i protoni passano attraverso una Membrana di scambio(o PEM) all'elettrodo positivo dove si combinano con l'atomo di ossigeno apportato dall'aria e formano una molecola di acqua.

Insieme all'acqua, come si è detto, viene prodotto del calore che può essere utilizzato per aumentare l'efficienza della cella a combustibile o anche per altri scopi.

Le Batterie immagazzinano la loro energia negli elettrodi che viene consumata dall'utilizzatore. Quando l'energia chimica tra gli elettrodi viene esaurita, la batteria si dice che è scarica e può essere ricaricata usando una fonte di energia esterna. Le celle a Combustibile hanno il vantaggio di immagazzinare la loro energia da un combustibile esterno. Questo vantaggio permette alla cella di produrre continuamente elettricità finché c'è la presenza del combustibile.

Esistono differenti tipi di celle a combustibile con un diverso elettrolito e con diverse temperature di lavoro.

Le celle alcaline (o AFC: Alkaline Fuel Cell),usano come elettrolito una soluzione acquosa di idrossido di potassio (KOH) e hanno elettrodi porosi a base di nichel (temperatura media di esercizio: 60-100 °C).

Vengono impiegate particolarmente per piccoli generatori.

Le celle ad acido fosforico PAFC (Phosphoric Acid Fuell Cell), usano come elettrolito una soluzione di acido fosforico assorbito in una matrice di carburo di silicio posta fra due elettrodi di grafite opportunamente trattata (temperatura media di esercizio: 180-200 °C).

Le celle ad ossidi solidi SOFC (Solid Oxide Fuell Cell), il cui elettrolito è formato da ossido di zirconio stabilizzato con ossido di ittrio; il catodo è costituito da manganito di lantanio opportunamente trattato, mentre l'anodo è costituito a base di nichel-ossido di zirconio (temperatura media di esercizio: 800-1000 °C).

Le celle a carbonati fusi (o MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell), che usano come elettrolito una miscela di carbonati (tipicamente di litio e di potassio), i due elettrodi sono entrambi a base di nichel: il catodo impiega ossido di nichel litiato, l'anodo usa nichel con piccole percentuali di cromo (temperatura media di esercizio: 600-700 °C).

Principali parametri delle celle a combustibile:

Altri tipi di celle usano acido fosforico come elettrolito e vengono alimentati con gas ricchi di idrogeno come:

metano, gpl, e metanolo. Come comburente utilizzano aria e funzionano a temperature tra i 150° e i 230° usate particolarmente per basse e medie potenze.

Una ditta americana, la Dais Corporation, sensibile al problema inquinamento, mette a disposizione materiali ed istruzioni per produrre o sperimentare le Fuel Cell. I prezzi sono ovviamente in dollari e quindi non tanto affrontabili con le monete europee ma si capisce subito che se questi materiali venissero prodotti nel nostro continente si verrebbe a pagare la metà delle quote elencate.

Riportiamo testualmente ciò che la Dais offre agli interessati del problema:

La Dais Corporation apprezza l'interessamento alle pile Fuel Cell e mette a disposizione dei ricercatori i materiali necessari alla realizzazione. La medesima ditta mette a disposizione i migliori elettrodi a membrana con tutte le indicazioni. Nel caso si avessero dei problemi nel capire le istruzione, è possibile chiamare i numeri: 727.375.8484 oppure il fax 727.375.8485 o meglio ancora mandare una email al seguente indirizzo: [email protected].

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Istruzioni:

1.Non toccare con le mani la superficie degli elettrodi. I materiali usati nella costruzione degli elettrodi possono essere dannosi per la pelle e per gli occhi. Un secondo problema è che se la pelle contiene tracce di olio queste agiranno negativamente sul funzionamento degli elettrodi.

2.Il materiale con cui sono costruiti gli elettrodi è molto sensibile all'alcool, e non bisogna esporlo a fonte di calore.

3. Non esporre gli elettrodi a solventi, zolfo, fosfati o composti organici. Ognuno di queste sostanze potrebbero compromettere la funzionalità degli elettrodi.

4. uno dei materiali base degli elettrodi (la membrana che fa condurre lo ione) è sensibile all'acqua di rubinetto, usare solamente acqua distillata.

Membrane a scambio di protone e prodotti Solidi

forma Solida:

- 2.5 grammi (produce 25ml) 589S60-3S $30

- 10 grammi (produce 100ml) 589S60-10S $75

- 100 grammi (produce 1 litro) 589S60-100S $250

- grandi ordini telefonare

Dails 589 Soluzione2:

- 25mL 589S60-40-25 $50

- 100mL 589S60-40-100 $150

- 250mL 589S60-40-250 $250

- 1 litro 589S60-40-1L $395

Membrana:

- 6 pollici quadrati, 2.5mil 589S60-66-15 $40

Rinforzata

- per altre taglie telefonare

Ogni prototipo fuel cell usa materiali e disegni che sono brevettati .

I Sistemi fuel cell sono venduti attualmente come prototipi e sono fabbricati nei laboratori da ingegneri e tecnici estremamente specializzati. Si vuole continuare lo sviluppo del prodotto e ci si muove verso la piena commercializzazione e grosse produzioni, i prezzi potranno diminuire a causa della commercializzazione. I Sistemi di fuel cell commerciali sono compatti e saranno contenuti in spazi ridotti. La lunga vita delle batterie e l'affidabilità ci permetteranno di stabilire un programma della garanzia commerciale.

Le pile vengono pienamente assemblate. Occorre provvedere al combustibile idrogeno e l'unità genererà corrente elettrica. Le opzioni includono l'idrogeno sotto forma di gas contenuto in una bombola con valvola e regolatore e la tensione generata è: (12, 24, o 48v).

Il modello di cella più piccolo è una dimostrazione di alta tecnologia.

- 1 watt DAC-01 $295

- 10 watt DAC-10 $995

Gas ed accessori:

- 40 litri di gas compresso in bombola DGAS-40L-C $220

con valvola e regolatore

- 3 regolatore di gas idrogeno DGAS-3PSI-REG $125

- sistema di riempimento idrogeno a valvole DGAS-TNS-CP10 $150

Nota: le bombole di gas vengono spediti vuoti. Il riempimento delle bombole avviene su ordinazione che include un materiale che provvede alla carica.

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