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Le celle a combustibile: analisi tecnico-economica

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10 1.3. Lavoro elettrico utile della cella. La totale energia rilasciata in ogni reazione chimica è uguale alla variazione dell’entalpia di formazione ∋H, che a sua volta è uguale alla somma dell’entalpia di formazione dei prodotti meno la somma dell’entalpia di formazione dei reagenti : ∋H = ƒ (H f ) prodotti ƒ(H f ) reagenti H f = entalpia di formazione Normalmente, tutti gli elementi esistenti in natura hanno l’entalpia di formazione pari a zero, mentre in un composto chimico essa rappresenta la variazione di entalpia nella sua formazione partendo dagli elementi che lo determinano nelle stesse condizioni fisiche (pressione e temperatura). Per esempio, consideriamo la seguente reazione di combustione : C +O 2 ο CO 2 La variazione dell’entalpia di formazione, ∋H, per questa reazione (condizioni standard) è : ∋H = H f CO2 - H f C - H f O2 = (-394 ξ10 ) - (0) - (0) = -394 ξ10 J/kgmole di CO 2 = -394 ξ10 J/kgmole di C Dividendo per gli appropriati pesi molecolari/atomici : ∋H = - 8953 kJ/kg CO 2 = - 32810 kJ/kg C Lo stato standard, è bene ricordarlo, è per ogni sostanza la forma fisica più stabile alla pressione di una atmosfera e alla temperatura di misura, di solito 25° C 1 . Il segno negativo indica che questa è energia perduta dalla reazione, quindi a disposizione per un eventuale lavoro. Questo si verifica ogni volta in cui ci troviamo di fronte ad una reazione esotermica ; viceversa una reazione endotermica avrebbe avuto un ∋H positivo. Teoricamente, tutta l’energia dell’entalpia di formazione potrebbe essere convertita in energia elettrica se nessuna parte di essa fosse convertita in un’ altra forma di energia. Sfortunatamente, in una reazione di ossidazione, una parte di energia chimica viene convertita in energia termica e solo la parte rimanente di energia può essere teoricamente convertita in elettricità. Il minimo ammontare di energia termica generata è pari ad un trasferimento di calore eseguito in maniera reversibile e cioè ≥TdS. Poiché la c.c. è un dispositivo almeno idealmente isotermico si può scrivere 1 In termini più precisi, lo stato standard si riferisce a situazioni in cui le sostanze solide, liquide o gassose, hanno attività unitaria : per i solidi ed i liquidi ciò si verifica quando sono allo stato puro mentre per i gas, ciò si verifica quando hanno la fugacità di una atmosfera. La fugacità di un gas si ottiene dalla relazione f = ϑ υp dove ϑ è il coefficiente di attività e p la pressione ; a pressioni ordinarie ϑ si discosta di poco dal valore unitario, per cui fugacità e pressione si identificano. Lo stato standard di una soluzione è riferito ad una soluzione di attività unitaria. L’attività è la concentrazione effettiva di una specie chimica ed è questa grandezza che andrebbe sempre usata nei calcoli chimici. L’attività di una specie in soluzione si può calcolare usando l’espressione a= ϑ υm dove a è l’attività, ϑ è il coefficiente di attività ed m è la molalità. E’ da notare che l’attività si discosta tanto più dalla molalità quanto più elevata è quest’ultima e quanto più elevata è la carica degli ioni (se si tratta ovviamente di una specie ionica). Per soluzioni acquose moderatamente concentrate di non elettroliti (specie che non si dissociano in ioni) oppure di elettroliti 1/1 (NaCl), l’attività si discosta di poco dalla concentrazione e quindi l’approssimazione ottenuta usando la concentrazione è di norma accettabile.
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Le celle a combustibile: analisi tecnico-economica

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Informazioni tesi

  Autore: Alberto Barbero
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 1994-95
  Università: Università degli Studi di Padova
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria gestionale
  Relatore: Renato Lazzarin
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 155

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Parole chiave

cella a combustibile
elettrochimica
fuel-cell
idrogeno

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