Celle a combustibile parte 3 – caratterizzazione mediante EIS

Nelle Application Notes precedenti è stato dimostrato che le celle a combustibile sono promettenti fonti di energia in quanto offrono una soluzione altamente efficiente ed ecologica per l'energia alternativa. Negli ultimi anni sono state condotte ricerche approfondite per fornire una migliore comprensione dei fattori che influenzano le prestazioni di una cella a combustibile.

In questa Application Note verrà dimostrato l'uso della spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) per la caratterizzazione del carburante PEM. Si dimostrerà che l'EIS è un potente strumento diagnostico per la determinazione dei seguenti fattori che possono influenzare le prestazioni di una cella a combustibile PEM:

• Composizione e struttura dell'elettrodo
• Caratteristiche della membrana
• Parametri operativi quali temperatura della cella, umidificazione, composizione del gas e pressione

Il principale vantaggio di EIS come strumento diagnostico è la sua capacità di risolvere nel dominio della frequenza i contributi individuali dei vari fattori che determinano le perdite di potenza complessive delle celle a combustibile PEM:

• Cinetico
• Ohmico
• Trasporto di massa

Nella Figura 1 i risultati dell'esperimento EIS con H₂ al catodo vengono confrontati con quelli di O₂ e aria al catodo.

Quando solo idrogeno è sia sul lato anodo che sul lato catodico dell'elettrodo, non vi è alcuna reazione di riduzione che ha luogo al catodo e si misurano le perdite ohmiche attraverso la membrana. Quando l'idrogeno viene sostituito dall'ossigeno al catodo, si verifica la riduzione dell'ossigeno al catodo. È quindi possibile misurare la resistenza al trasferimento di carica della reazione di riduzione. Quando l'ossigeno viene sostituito dall'aria al catodo, si può vedere l'effetto del trasporto di massa. L'ossigeno deve diffondersi attraverso l'azoto presente nell'aria per raggiungere la superficie del catodo, questo si traduce in un aumento della resistenza alla polarizzazione dovuto alla resistenza alla diffusione come si vede in Figura 1.

Nella figura 2 si può vedere l'effetto dell'avvelenamento del catalizzatore da parte di CO. Con l'introduzione di CO nell'aria lato anodo aumenta la resistenza al trasferimento di carica per l'ossidazione dell'idrogeno a causa dell'avvelenamento del catalizzatore.

Con l'introduzione di CO nell'aria lato anodo aumenta la resistenza al trasferimento di carica per l'ossidazione dell'idrogeno a causa dell'avvelenamento del catalizzatore.

1. M. Ciureanu, R. Roberto, J. Phys. Chimica. B, 2001, 105, 3531-3539