Le celle a combustibile a 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 bipolare della piastra ha un impatto considerevole sulle prestazioni della cella a combustibile.

La progettazione di piastre bipolari basate su strutture ispirate alla natura, come foglie, polmoni o spugne, è stata finora esplorata con successo, ma non ha ancora raggiunto il suo pieno potenziale. Questo progetto esplora nuovi design biomimetici attraverso tre fasi distinte.

• Nella prima fase, una serie di progetti iniziali di celle a combustibile biomimetiche vengono analizzati utilizzando l'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 di progetti di celle a combustibile standard e all'avanguardia, come il design a bobina parallela. Il progetto selezionato include inserti in grafene poroso nella parte centrale della piastra al posto dei canali verticali, più comuni in altri progetti all'avanguardia.
   
• In una seconda fase, una volta selezionato il design biomimetico con le migliori prospettive, questo è stato prodotto e sono stati condotti test sperimentali per determinarne le prestazioni energetiche (curve IV, EIS e CDM). I test sperimentali sono stati eseguiti sul banco prova per celle a combustibile a idrogeno di cui il gruppo Thermotechnology dispone presso le proprie strutture. I risultati del nuovo design biomimetico sono stati analizzati e confrontati con un modello di riferimento a bobine parallele, indicando che il nuovo design proposto è particolarmente adatto a migliorare la gestione dell'acqua nelle celle a combustibile in condizioni di elevata umidità dei reagenti, raggiungendo una potenza massima fino al 6,0% superiore rispetto al design di riferimento.
   
• In una terza fase, dopo aver analizzato i risultati sperimentali precedenti, il progetto viene ottimizzato per la produzione e il test del prototipo finale. Infine, con il prototipo ottimizzato, viene realizzato un power stack da 500 W per la dimostrazione finale della tecnologia studiata.
   

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

Programma di finanziamento:  Piano statale 2017-2020 Sfide - Progetti di ricerca, sviluppo e innovazione
 

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