Come funzionano le celle a combustibile e quale ruolo svolgono le membrane a scambio protonico
Le celle a combustibile sono dispositivi che trasformano l’energia di legame del combustibile in elettricità, attraverso reazioni di ossidoriduzione. Queste celle sono composte da un anodo, un catodo e un elettrolita, attraverso i quali vengono fatti passare idrogeno e ossigeno per generare elettricità e vapore acqueo.
Reazioni all’interno delle celle a combustibile
Le reazioni principali che avvengono sono l’ossidazione dell’idrogeno all’anodo e la riduzione dell’ossigeno al catodo. Queste reazioni generano elettricità e vapore acqueo, secondo le semireazioni:
– all’anodo: 2 H2 → 4 H+ + 4 e-
– al catodo: O2 + 4 H+ + 4 e- → 2 H2O
La reazione complessiva è: 2 H2 + O2 → 2 H2O
Funzionamento delle membrane a scambio protonico
Nel cuore delle celle a combustibile PEM si trova la membrana a scambio protonico, che agisce come una barriera selettivamente permeabile per il movimento dei protoni. Questa membrana lavora in modo che i protoni possano muoversi in una sola direzione. Un esempio di membrana utilizzata è il nafion, un fluoropolimero-copolimero ottenuto da una modificazione del teflon da Walther Grot nei laboratori della DuPont.
Il nafion è un polimero con proprietà ioniche che ha dato il via a una nuova classe di polimeri ionomeri. Questi materiali presentano unità ripetitive non ioniche insieme a una frazione di unità ripetitive contenenti specie ioniche.
In conclusione, le celle a combustibile sfruttano reazioni chimiche per produrre elettricità, e giocano un ruolo fondamentale nell’ambito dell’energia sostenibile. Le membrane a scambio protonico come il nafion sono cruciali per garantire il corretto funzionamento di queste celle.
