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Le celle a combustibile ad ossidi solidi, SOFC

Informazioni tesi

  Autore: Fabio Parizia
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2006-07
  Università: Università degli Studi di Torino
  Facoltà: Scienze M.F.N.
  Corso: Scienze e tecnologie chimiche
  Relatore: Elio Giamello
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 40

Dopo un’analisi sul funzionamento generale ed uno studio sull’aspetto termodinamico-elettrochimico delle celle a combustibile, in questa tesi si è voluto verificare lo stato dell’arte di una particolare categoria di Fuel Cells, destinate alla grande produzione stazionaria di energia elettrica: le celle a combustibile ad ossidi solidi (Solide Oxides Fuel Cells SOFC).
In particolar modo si è voluto approfondire il concetto di conduzione ionica e l’aspetto chimico-strutturale dei componenti delle SOFCs, soffermandosi sui principali materiali utilizzati, sul loro comportamento ad alte temperature e sulle problematiche emerse dai laboratori di ricerca. Inoltre è stata inserita una breve discussione sulla produzione di combustibile in quanto non si può considerare questa nuova tecnologia, senza prevederne a monte altre che, ancora oggi, comportano elevati costi e scarsi risultati.

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Cap. 1 Le celle a combustibile - 1 - 1. LE CELLE A COMBUSTIBILE Le celle a combustibile sono i più efficienti dispositivi elettrochimici in grado di convertire energia chimica di un combustibile in energia elettrica, senza l’intervento intermedio di un ciclo termico. Si tratta quindi di generatori che non risentono delle limitazioni del ciclo di Carnot e che pertanto sono ritenuti capaci di rendimenti di conversione più elevati rispetto a quelli delle macchine termiche convenzionali. Il principio di funzionamento non è nuovo in quanto scoperto nel 1839 del fisico inglese W.Grove, durante un esperimento di elettrolisi all’inverso con elettrodi di platino immersi in acido solforico diluito. In tempi successivi furono sperimentate celle a sali fusi (Becquerel 1855), con elettrolita alcalino (Bacon 1932) e con elettrolita solido realizzato da miscele di ossidi (Baur e Preis 1937). L’interesse verso le Fuel Cells è in crescita a causa della loro versatilità di utilizzo, che consente di applicarle in ambiti stazionari e mobili, di piccole, medie o grandi dimensioni, a temperature diverse, fino a rendere possibile anche il loro impiego in ambito cogenerativo, per la produzione in parallelo di elettricità e calore. 1.1 Principio di funzionamento Una Fuel Cell è una cella elettrochimica che, al contrario di un’ordinaria batteria, è alimentata in continuo. Essa consta di un elettrodo per l’ossidazione (anodo), uno per la riduzione (catodo) e di uno strato elettrolitico isolante elettronico, ad alta conducibilità ionica, che permette lo scambio ionico nel sistema. Questo strato, di minimo spessore per minimizzare le perdite ohmiche, costituisce anche una barriera fisica tra il combustibile e l’ossidante, i quali sono in contatto con gli elettrodi entrambi porosi e gas permeabili. Se i reagenti fossero posti fra loro in diretto contatto, l’energia si libererebbe in maniera disordinata, cioè sotto forma di agitazione termica, calore. Se però si divide la reazione chimica in due reazioni elettrochimiche interponendo tra i reagenti un elettrolita di opportuna conducibilità ionica, si impone alla reazione chimica globale un ritmo lento ed ordinato. 1 La porosità degli elettrodi è necessaria per garantire una maggiore superficie rispetto alla struttura liscia, incrementando così il numero di siti di reazione e quindi la densità di corrente. Nelle celle a bassa temperatura gli ioni positivi migrano dall’anodo al catodo attraverso l’elettrolita (fatta eccezione per le celle alcaline la cui specie portatrice di carica è OH - ), Per quanto riguarda le celle ad alta temperatura le specie portatrici di carica e che quindi

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conduzione ionica
crisi energetica
elettrochimica
energia alternativa
fonti rinnovabili
fuel-cell
idrogeno
ricerca
sofc
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