Le celle a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC) sono dispositivi energetici che convertono direttamente l'energia chimica di combustibili come l'idrogeno in lavoro utile con un impatto ambientale trascurabile e un'elevata efficienza. La geometria del canale della piastra bipolare ha un notevole impatto sulle prestazioni della cella a combustibile.

Finora sono stati esplorati con successo i progetti di piastre bipolari basati su strutture ispirate alla natura come foglie, polmoni o spugne, ma non hanno ancora raggiunto il loro pieno potenziale. In questo progetto, nuovi progetti biomimetici vengono studiati attraverso tre diverse fasi.

• In una prima fase, una serie di progetti biomimetici iniziali per una cella a combustibile vengono analizzati attraverso un'analisi fluidodinamica computazionale del flusso di diversi progetti biomimetici iniziali, con l'obiettivo di selezionare il progetto più promettente. I risultati dei progetti biomimetici vengono confrontati con i risultati dei progetti standard di celle a combustibile all'avanguardia, come quelli a bobina parallela. Il design selezionato include inserti porosi in grafene nella parte centrale della piastra al posto dei canali verticali, più comuni in altri design all'avanguardia.
   
• In una seconda fase, una volta selezionato il progetto biomimetico con le migliori prospettive, viene prodotto e vengono effettuate prove sperimentali per determinarne la prestazione energetica (curve IV, EIS e CDM). Le prove sperimentali sono state effettuate nel banco prova celle a idrogeno che il gruppo Termotecnica dispone nei propri stabilimenti. I risultati del nuovo design biomimetico sono stati analizzati e confrontati con un modello di riferimento a bobina parallela, indicando che il nuovo design proposto è particolarmente adatto per migliorare la gestione dell'acqua nelle celle a combustibile in condizioni di elevata umidità dei reagenti, raggiungendo una potenza di picco fino al 6,0% più elevata rispetto al progetto di riferimento.
   
• In una terza fase e dopo l'analisi dei risultati sperimentali precedenti, viene effettuata un'ottimizzazione del progetto per produrre e testare il prototipo finale. Infine, con il prototipo finale ottimizzato, inizia la produzione di uno stack di potenza da 500 W per la dimostrazione finale della tecnologia ricercata.
   

Questa pubblicazione fa parte del progetto di ricerca, sviluppo e innovazione PID2019-104441RB-I00 finanziato da MCIN/AEI/10.13039/501100011033.

Programma di finanziamento: Piano Statale Sfide 2017-2020 - Progetti di R&S&I
 

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