Studio sull’aumento dell’efficienza di una cella a scambio protonico tramite un modello multiscala = Study on the increase of the efficiency of a proton exchange cell through a multiscale model

Le celle a combustibile a scambio protonico (PEMFC) sono tra le tecnologie più promettenti e sfidanti nel settore automotive. La ricerca e lo studio approfondito di nuovi materiali e di soluzioni costruttive più efficienti sono oggetto di numerosi progetti. Dopo aver inquadrato la tematica ambientale in cui si collocano le fuel cells (FC), nell’introduzione sono elencate le varie tipologie di FC, i componenti costitutivi e i relativi principi teorici. Successivamente, si è focalizzata l’attenzione verso l’applicazione delle PEMFC ai veicoli, con particolare riferimento ai target fissati dal DOE per le prestazioni delle celle. L’obiettivo di questo lavoro è comprendere tramite un approccio modellistico i fenomeni che maggiormente influenzano la performance di una PEMFC a base PtCo. Con un modello semi-empirico, implementato in MATLAB, sono stati ricavati preliminarmente: la densità di corrente al catodo, la pendenza di Tafel, il crossover di idrogeno e la resistenza ohmica della cella. L’impiego di un modello 1D, più complesso e dettagliato, ha permesso di analizzare mediante simulazioni COMSOL l’effetto della variazione di parametri quali: porosità del GDL, area attiva del catodo e coefficiente di trasferimento catodico sulle curve di polarizzazione e di potenza. Infine, si è proposta una linea guida per l’ottimizzazione delle prestazioni di una PEMFC, con riferimento ai target fissati dal DOE. Dai risultati dell’analisi condotta è emerso che il target di attività catalitica a 0.8 V di 300 mA/cm2 viene ampiamente raggiunto; mentre, la potenza massima sviluppata si avvicina al target fissato di 1000 W/cm2. Pertanto, occorrono studi futuri volti a verificare, in particolare, la fattibilità delle strategie proposte per il miglioramento dei meccanismi che influenzano la resistenza al trasporto di ossigeno attraverso la membrana.