La filtrazione sottovuoto svolge un ruolo cruciale in diversi processi industriali, compresi quelli relativi alle celle a combustibile. Le celle a combustibile sono dispositivi che convertono l'energia chimica direttamente in energia elettrica attraverso reazioni elettrochimiche. In genere sono costituiti da un elettrolita e da due elettrodi, dove il combustibile viene ossidato all'anodo e l'agente ossidante (spesso l'ossigeno dell'aria) viene ridotto al catodo.

Come funziona un filtro per celle a combustibile all'interno di un sistema di celle a combustibile?

Rimozione dei contaminanti

Le celle a combustibile sono sensibili alle impurità e ai contaminanti presenti nei flussi di combustibile e ossidante. Anche tracce di particolato, veleni del catalizzatore o altre impurità possono avere effetti dannosi sulle prestazioni e sulla durata della cella a combustibile. La filtrazione sottovuoto è un metodo efficace per rimuovere le particelle fini e i contaminanti dal carburante e dagli ossidanti, garantendo un flusso più pulito e puro prima che entrino nella cella a combustibile.

Protezione dell'elettrodo 

Gli elettrodi di una cella a combustibile contengono spesso catalizzatori di metalli preziosi, come il platino. I contaminanti possono disattivare questi catalizzatori, riducendone l'efficacia e portando a una diminuzione dell'efficienza complessiva della cella a combustibile. La filtrazione sottovuoto aiuta a proteggere gli elettrodi rimuovendo le particelle e le impurità che potrebbero compromettere l'attività catalitica delle superfici degli elettrodi.

Durata di vita estesa

Il mantenimento di un ambiente pulito e puro all'interno della cella a combustibile contribuisce alla sua affidabilità e alle sue prestazioni a lungo termine. La filtrazione sottovuoto aiuta a prevenire l'accumulo di depositi, incrostazioni o contaminanti che potrebbero degradare i componenti della cella a combustibile nel tempo.

Efficienza migliorata

I flussi di combustibile e ossidante puliti consentono di migliorare le reazioni elettrochimiche all'interno della cella a combustibile. Questo può portare a una maggiore efficienza di conversione dell'energia, a una migliore produzione di energia e a prestazioni complessivamente migliori.

Prevenzione dell'intasamento dello strato di diffusione del gas (GDL)

Le celle a combustibile utilizzano spesso uno strato di diffusione di gas per facilitare il flusso di reagenti agli elettrodi. L'intasamento del GDL da parte di particolato o impurità può ostacolare il movimento dei gas, con conseguente riduzione delle prestazioni. La filtrazione sottovuoto aiuta a prevenire l'accumulo di particelle nel GDL, garantendo un flusso regolare e senza ostacoli dei reagenti.

La filtrazione sottovuoto è essenziale nei sistemi di celle a combustibile per garantire la purezza dei flussi di combustibile e ossidante, proteggere i componenti sensibili, migliorare l'efficienza e prolungare la durata della cella a combustibile. Svolge un ruolo fondamentale nel mantenere la pulizia e l'integrità dell'ambiente della cella a combustibile, contribuendo alle sue prestazioni ottimali e alla sua affidabilità.

Domande frequenti

Che cos'è una cella a combustibile? 

Una cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico che converte l'energia chimica direttamente in energia elettrica attraverso una reazione tra un combustibile e un agente ossidante. A differenza dei motori a combustione tradizionali, le celle a combustibile non bruciano carburante. Invece, generano elettricità attraverso un processo elettrochimico, che è generalmente più efficiente e produce meno inquinanti.

I componenti di base di una cella a combustibile comprendono:

• Anodo: l'elettrodo dove il combustibile (di solito idrogeno) viene ossidato.
• Catodo: l'elettrodo in cui viene ridotto un agente ossidante (di solito l'ossigeno dell'aria).
• Elettrolita: Una sostanza che permette agli ioni di muoversi tra l'anodo e il catodo. Si tratta in genere di un materiale che conduce i protoni.
• Reazione elettrochimica: La reazione chimica che avviene all'anodo e al catodo e che porta alla produzione di energia elettrica.
• Protoni ed elettroni: Nella reazione elettrochimica, i protoni (ioni di idrogeno) si muovono attraverso l'elettrolita, mentre gli elettroni fluiscono attraverso un circuito esterno, creando una corrente elettrica.

Le celle a combustibile sono fonti energetiche pulite ed efficienti, in quanto producono elettricità con minori emissioni rispetto ai processi di combustione convenzionali. Le celle a combustibile ad idrogeno sono uno dei tipi più comuni, ma esistono anche celle a combustibile che utilizzano altri carburanti, come il gas naturale o il metanolo. Le celle a combustibile trovano applicazione in diversi settori, tra cui i trasporti (veicoli a celle a combustibile), la generazione di energia stazionaria e i dispositivi portatili.

Come funzionano le celle a combustibile a idrogeno? 

Le celle a combustibile a idrogeno generano elettricità attraverso una reazione elettrochimica tra idrogeno e ossigeno. Il principio di base del funzionamento di una cella a combustibile a idrogeno prevede le seguenti fasi:

• Alimentazione a idrogeno: L'idrogeno gassoso (H2) viene fornito all'anodo (elettrodo negativo) della cella a combustibile.
• Elettrolita: Le celle a combustibile hanno un elettrolita, che in genere è una membrana polimerica. L'elettrolita permette il passaggio di protoni (ioni H+) e blocca il passaggio di elettroni.
• Reazione elettrochimica all'anodo: All'anodo, l'idrogeno gassoso viene scisso in protoni ed elettroni attraverso un processo chiamato elettrolisi.
• Flusso di elettroni: gli elettroni non possono passare attraverso l'elettrolita. Invece, sono costretti a viaggiare attraverso un circuito esterno, creando una corrente elettrica che può essere utilizzata per compiere un lavoro, come ad esempio alimentare un motore elettrico.
• Reazione elettrochimica al catodo: nel frattempo, al catodo (elettrodo positivo), l'ossigeno dell'aria si combina con protoni ed elettroni per formare acqua.
• Produzione di acqua: Il sottoprodotto di questa reazione elettrochimica è l'acqua (H2O), che in genere viene rilasciata come vapore acqueo. Ciò rende le celle a combustibile a idrogeno una fonte di energia pulita, poiché l'unica emissione diretta è l'acqua.
• Reazione complessiva: La reazione complessiva di una cella a combustibile a idrogeno è la combinazione delle reazioni all'anodo e al catodo.

L'efficienza delle celle a combustibile a idrogeno può essere elevata e offrono il vantaggio di produrre elettricità senza la combustione di combustibili fossili, con conseguente emissione zero di sostanze inquinanti quando si utilizza idrogeno puro. Tuttavia, le sfide includono la produzione, lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno e il costo della tecnologia delle celle a combustibile. Gli sforzi di ricerca e sviluppo sono in corso per affrontare queste sfide e rendere le celle a combustibile a idrogeno più praticabili per un uso diffuso in varie applicazioni.

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