Le celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) sono dispositivi che convertono il combustibile in energia elettrica. Sono conosciute per la loro elevata efficienza, che può arrivare fino all’80%, la loro versatilità nel utilizzo di diversi tipi di carburante come idrogeno, gas naturale, metanolo e prodotti petroliferi, e il loro impatto relativamente ecologico.
Tecnologia delle celle a combustibile ad ossido solido
Nonostante il loro potenziale, le SOFC non sono ancora prodotte su larga scala a causa di sfide tecnologiche ed economiche.
Elettrolita
Il cuore delle celle a combustibile ad ossido solido è l’elettrolita, che di solito è composto da un ossido ceramico come la zirconia drogata con ossido di ittrio (YSZ). Questo materiale deve avere determinate caratteristiche come bassa conduttività elettronica, elevata conduttività ionica, reattività chimica controllata e stabilità in varie condizioni atmosferiche.
Anodo
L’anodo è la parte in cui avviene l’ossidazione del combustibile, di solito idrogeno, producendo acqua ed elettricità attraverso una semireazione. Questo strato poroso deve essere elettricamente conduttivo, stabile in atmosfera riducente, conduttivo ionico e chimicamente reattivo con l’elettrolita.
Materiali come il nichel sono spesso utilizzati per l’anodo poiché sono in grado di gestire le condizioni di lavoro senza ossidarsi, garantendo un’efficienza continua.
Le celle a combustibile ad ossido solido rappresentano una promettente tecnologia energetica del futuro, con una capacità di generare energia in modo pulito ed efficiente.
Componenti Principali di una SOFC: Anodo, Catodo e Substrato di Connessione
Le celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC) sono dispositivi avanzati utilizzati per convertire il combustibile in elettricità in modo efficiente e pulito. Queste celle sono costituite da diversi componenti, tra cui l’anodo, il catodo e il substrato di connessione.
Anodo
L’anodo è uno degli elementi chiave di una SOFC ed è responsabile per l’ossidazione del combustibile. Deve essere elettricamente conduttivo e poroso per consentire il flusso del combustibile all’elettrolita a temperature di esercizio elevate. Il materiale dell’anodo deve essere compatibile con l’elettrolita e stabile nelle condizioni di funzionamento.
Catodo
Il catodo è l’altra estremità della cella dove avviene la riduzione dell’ossigeno per produrre ioni di ossigeno che si diffondono attraverso l’elettrolita. Il catodo deve essere elettronicamente conduttivo, promuovere la riduzione dell’ossigeno e essere chimicamente inerte con l’elettrolita. Materiali come ossidi elettronicamente conduttivi sono comunemente utilizzati nei catodi delle SOFC.
Substrato di Connessione
Lo strato di connessione garantisce il contatto elettrico tra l’anodo e il catodo. Deve essere altamente conduttivo elettricamente e stabile sia in atmosfere ossidanti che riducenti a elevate temperature. Di solito è realizzato con materiali chimicamente inerti rispetto agli altri componenti della cella, come il catodo, l’anodo e l’elettrolita.
Il mantenimento di questi requisiti a temperature di esercizio elevate limita le opzioni materiali per gli anodi, i catodi e i substrati di connessione. Materiali come la manganite di lantanio drogata con stronzio sono spesso impiegati nei catodi, mentre le SOFC a base di zirconia utilizzano cromite di lantanio come substrato di connessione data la sua elevata conducibilità elettrica.
In aggiunta, con lo sviluppo di SOFC a temperature più basse, vengono considerati materiali alternativi come il SrTiO2. La continua ricerca e sviluppo nel campo delle celle a combustibile a ossidi solidi mira a migliorare le prestazioni complessive e a ridurre i costi di produzione, favorendo l’adozione su larga scala di questa tecnologia energetica avanzata.
