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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 8
 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

FAQ

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Parole chiave

cella a combustibile
elettrochimica
fuel-cell
idrogeno

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