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Le celle a combustibile: analisi tecnico-economica

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Anteprima della tesi: Le celle a combustibile: analisi tecnico-economica, Pagina 11
 13
Questo caso, interessante sicuramente dal punto di vista teorico, non è 
sfruttabile tecnicamente per diversi motivi tra i quali i più evidenti sono le 
scarse quantità di energia in gioco ma, soprattutto, le bassissime velocità di 
reazione riscontrabili a queste temperature. Per completezza riportiamo una 
delle reazioni chimiche che presenta ∋S !0 : 
C
(s)
 + ½ O
2(g) 
 ο CO
(g)
  è evidente che in una tale reazione si passa da 
mezza mole di gas dei reagenti a una mole di gas dei prodotti ; quindi si 
aumenta il disordine del sistema e l’entropia dei prodotti è maggiore 
dell’entropia dei reagenti, pertanto ∋S
reaz
 !0 (+89 J/K per mole). 
Come si è potuto notare un rendimento così definito (1.5) non è un buon 
indicatore della prestazione della cella. Una più realistica valutazione può 
essere ottenuta definendo il nuovo parametro  Η, o efficienza, data dal 
rapporto tra la potenza elettrica realmente prodotta e la massima potenza 
elettrica utile possibile. Il primo termine è dato dal prodotto della corrente 
circolante nel circuito esterno per la differenza di potenziale tra i due 
elettrodi, il secondo è dato dall’indice di variazione dell’energia libera di 
Gibbs d( ∋G)/dt. 
 
  Η = P
el,reale
 /(d( ° ∋G °)/dt) = I υV/((dn/dt) υ ° ∋G °)              (1.6) 
 
con dn/dt = numero di moli di una certa sostanza, combustibile od ossidante, 
consumate per secondo ; e ∋G = variazione dell’energia libera di Gibbs della 
reazione per mole della stessa sostanza. 
Un esempio (es. 1.1) chiarirà il significato dei diversi parametri : 
consideriamo una ipotetica cella a metano ed ossigeno : 
 
CH
4(g)
 +2O
2(g)
 ο CO
2(g)
 + 2H
2
O
(l)
  
 
A pressione atmosferica e temperatura ambiente si ha : 
 ∋G =  ∋G°(CO
2
) + 2 υ ∋G°(H
2
O) -  ∋G°(CH
4
) - 2 υ ∋G°(O
2
) = -94.26 - 2 υ56.69 
- (-12.14) - 2 υ(0) = -195.5 kcal/mole 
 ∋H =  ∋H°(CO
2
) + 2 υ ∋H°(H
2
O) -  ∋H°(CH
4
) - 2 υ ∋H°(O
2
) = -94.05 - 2 υ68.32 
- (- 17.89) - 2 υ(0) = -212.8 kcal/mol 
 Κ
id 
= ∋G/ ∋H = -195.5/(-212.8) = 91.87  . 
Supponiamo ora che una mole di metano venga consumata in un minuto : 
1 mole CH
4
 (quantità di sostanza pari al suo peso molecolare (12+4=16)) = 
16g di CH
4
 
dn/dt = 1 mole/min = 1mole/60sec = 0.0167 mole/sec 
(dn/dt) ° ∋G °= 0.0167 υ195.5 = 3.258 kcal/sec =13642 W 
Supponendo poi che l’output di potenza effettivo sia di 7.5 kW 
 Η = (7.5 ξ10
3
)/(13.642 ξ10
3
) = 54.98  . 
Da notare come le irreversibilità del processo generino uno scambio di calore 
con l’ambiente pari a  °q ° che è maggiore del termine  °T ∋S ° che si avrebbe 
in condizioni ideali reversibili. Pertanto anche il lavoro prodotto realmente 
sarà inferiore alla quantità teorica ° ∋G ° dello stesso ammontare.  

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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

FAQ

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Parole chiave

cella a combustibile
elettrochimica
fuel-cell
idrogeno

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