1. Elettrodi:
* Anodo: Dove il carburante (ad esempio l'idrogeno) è ossidato.
* Catodo: Dove l'ossidante (ad esempio l'ossigeno) è ridotto.
* Materiali:
* Metalli: Platino (Pt), Palladio (Pd), Nichel (Ni), Oro (Au) e le leghe sono comunemente usati come catalizzatori a causa della loro elevata attività e conduttività.
* Carbonio: Il nerofumo, i nanotubi di carbonio e il grafene offrono un'elevata area superficiale e conduttività.
* Ossidi metallici: Come catalizzatori o supporti possono essere utilizzati ossidi di metalli di transizione come cobalto, nichel, manganese.
* Ceramica: Alcune ceramiche come i cermet (compositi metallo-ceramica) offrono stabilità e elevata conduttività a temperature elevate.
2. Elettrolita:
* Funzione: Conduce gli ioni tra anodo e catodo.
* Tipi:
* Membrana a scambio protonico (PEM): Sottili membrane polimeriche (spesso Nafion) che conducono protoni. Utilizzato nelle celle a combustibile a bassa temperatura.
* Alcalina: Soluzioni di idrossido di potassio (KOH) o altri idrossidi alcalini conducono ioni idrossido. Utilizzato nelle celle a combustibile alcaline.
* Ossido solido: I materiali ceramici come la zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ) conducono ioni di ossigeno. Utilizzato nelle celle a combustibile ad alta temperatura.
* Carbonato fuso: La miscela di carbonati di metalli alcalini fusi conduce gli ioni carbonato. Utilizzato nelle celle a combustibile ad alta temperatura.
* Acido fosforico: L'acido fosforico concentrato conduce i protoni. Utilizzato nelle celle a combustibile ad acido fosforico.
3. Separatore:
* Funzione: Separa fisicamente l'anodo e il catodo consentendo il trasporto degli ioni.
* Materiali:
* Polimeri: Spesso utilizzato nelle celle a combustibile PEM.
* Ceramica: Utilizzato nelle celle a combustibile a ossido solido.
4. Piastra bipolare:
* Funzione: Conduce gli elettroni tra le celle in una pila di celle a combustibile e distribuisce i reagenti.
* Materiali:
* Metalli: Acciaio inossidabile, titanio, grafite e compositi.
* Grafite: Spesso utilizzato per la sua buona conduttività elettrica e resistenza alla corrosione.
* Compositi: I compositi metallo-polimero offrono opzioni leggere.
5. Guarnizioni e sigilli:
* Funzione: Prevenire le perdite e garantire la corretta tenuta dello stack di celle a combustibile.
* Materiali:
* Elastomeri: Silicone, Viton e altri polimeri resistenti alle alte temperature.
* Metalli: Spesso utilizzato nelle celle a combustibile ad alta temperatura.
La scelta dei materiali giusti per una cella a combustibile dipende da:
* Temperatura operativa: Materiali diversi hanno stabilità termica diversa.
* Combustibile e ossidante: La compatibilità chimica dei materiali con i reagenti è essenziale.
* Requisiti prestazionali: Conduttività, area superficiale e durata sono fattori importanti.
* Costo: Il rapporto costo-efficacia gioca un ruolo significativo nella fattibilità commerciale delle celle a combustibile.
Lo sviluppo di nuovi materiali e design innovativi continua a migliorare le prestazioni delle celle a combustibile e a ridurre i costi.
