Analisi e modellazione delle prestazioni di uno stack PEM di laboratorio = Analysis and modeling of the performance of a laboratory PEM stack

Le celle a combustibile sono dispositivi che oggi stanno acquisendo sempre una maggior importanza nel panorama mondiale per via dell’emergenza climatica, data la loro peculiarità – condivisa con le batterie – di produrre energia elettrica sfruttando reazioni elettrochimiche senza rilasciare emissioni di gas serra nell’ambiente. Lo sviluppo di questo lavoro approfondirà una tipologia di fuel cells, ovvero le PEMFC (Proton exchange Membrane) che grazie alla capacità di operare a bassa temperatura e di poter effettuare un avviamento rapido risultano essere quelle maggiormente diffuse, soprattutto nel settore della mobilità. A livello applicativo, in generale le fuel cells vengono ingegnerizzate in forma stack (i.e. serie di celle) in base a tensione e corrente richieste dall’applicazione e necessitano di un corrispettivo balance of plant per un corretto funzionamento. Dopo l’analisi dello stato dell’arte, la parte successiva del lavoro è relativa all’analisi sperimentale di uno stack PEM da 100 W di laboratorio, in cui nella prima parte verranno presentati e descritti i modelli a parametri concentrati, implementati in Matlab, che saranno utilizzati per descrivere le principali prestazioni dello stack (flusso di reagenti, pressioni, tensione, corrente e temperatura) e la descrizione del set sperimentale adoperato. Tali modelli implementati, permetteranno di ottenere risultati simili a quelli sperimentali utilizzando semplici circuiti equivalenti, basati su modelli matematici, focalizzando l’attenzione anche sulle prestazioni dinamiche elettriche dello stack. Questo aspetto, in particolare, non è molto considerato nelle applicazioni pratiche; in quanto le fuel cells sono principalmente impiegate per fornire una tensione costante e la gestione della dinamica di tensione richiede un controllo molto complesso. L’obiettivo di questo lavoro sarà, a partire dai dati sperimentali, di ricavare l’evoluzione dei parametri caratteristici al variare della dinamica di carico per ciascun circuito equivalente al fine di ottenere un modello generale che emuli con buona approssimazione i comportamenti presentati dallo stack di laboratorio.