Scelta dei compressori idonei all'accoppiamento con un prototipo di pila a combustibile polimerica

In questo tipo di celle l’elettrolita è una membrana a scambio ionico, generalmente un polimero acido sulfonico fluorato (perfluorosulfonato), che è un’eccellente conduttore di protoni. L’unico liquido presente nella cella è l’acqua, perciò i problemi di corrosione sono minimi. Tipicamente, entrambi gli elettrodi sono in carbonio, con elettrocatalizzatore in platino, e connessioni elettriche in metallo o carbonio.
La gestione dell’acqua nella membrana è un punto critico per l’efficienza delle prestazioni. Infatti, la cella deve operare in condizioni tali per cui l’acqua non evapori ad una velocità maggiore a quella con cui viene prodotta dalle reazioni, in quanto la membrana deve essere perennemente bagnata. Il tipo di polimero ed i problemi di gestione dell’acqua impongono una limitazione alla temperatura di funzionamento, che deve essere inferiore a 100°C (tipicamente è 60÷80°C), e l’utilizzo di un combustibile ricco di idrogeno con minima o nulla concentrazione di CO (che inquina il catalizzatore). Se si utilizzano combustibili diversi, questi devono subire diversi trattamenti di purificazione, in quanto l’anodo è facilmente inquinato da CO, specie solforose e alogene, anche se presenti in tracce.
Per le PEFC esistono applicazioni stazionarie, automotive e portatili, ma gli sforzi principali riguardano lo sviluppo di motori primari per veicoli a celle a combustibile.
Vantaggi: Le PEFC presentano un elettrolita solido che funge da eccellente barriera al miscelamento dei due gas. La bassa temperatura di funzionamento consente un rapido avviamento, e grazie all’assenza di costituenti corrosivi non è necessario l’impiego di materiali esotici per la costruzione delle pile, come avviene in altri tipi di celle. Le PEFC sono in assoluto la tipologia con la maggior densità di corrente e di potenza (oltre 2kW/l e 2W/cm2). Inoltre, si prestano particolarmente alle situazioni dove l’idrogeno puro può essere impiegato come combustibile.
Svantaggi: Il basso e stretto campo di temperatura operativa determina difficoltà nella gestione termica della cella, specialmente ad alte densità di corrente, e non permette l’utilizzo del calore generato in un ciclo termodinamico o per la cogenerazione. La gestione dell’acqua è un altro elemento critico, in quanto
bisogna garantire sufficiente idratazione dell’elettrolita senza causarne l’allagamento. Le PEFC sono sensibili all’inquinamento da parte di sostante, presenti anche solo in tracce, quali CO, specie solforose, e ammoniaca. Se vengono impiegati idrocarburi come combustibile, i vari trattamenti richiesti influenzano negativamente il costo del sistema, la complessità e l’efficienza.
Infine, per le PEFC ad idrogeno, la necessità di sviluppare infrastrutture di distribuzione dell’idrogeno pone una barriera alla loro commercializzazione.