Principi di base e sviluppo delle celle a combustibile
Una cella a combustibile è un dispositivo di conversione dell'energia. Si basa sul principio dell'elettrochimica, ovvero il principio di funzionamento di una batteria primaria. L'energia chimica immagazzinata nel combustibile e nell'ossidante viene convertita isotermicamente in energia elettrica e il processo effettivo è una reazione redox. La cella a combustibile è composta principalmente da quattro parti, vale a dire un anodo, un catodo, un elettrolita e un circuito esterno. Il gas combustibile e il gas ossidante sono rispettivamente introdotti dall'anodo e dal catodo della cella a combustibile. Il gas combustibile emette elettroni sull'anodo e gli elettroni vengono condotti al catodo attraverso un circuito esterno e combinati con il gas ossidante per generare ioni. Sotto l'azione di un campo elettrico, gli ioni migrano nell'anodo attraverso l'elettrolita, reagiscono con il gas combustibile, formano un anello e generano una corrente elettrica. Allo stesso tempo, la cella a combustibile genera una certa quantità di calore a causa della propria reazione elettrochimica e della resistenza interna della batteria. I catodi della batteria, oltre a condurre gli elettroni, fungono anche da catalizzatore per la reazione redox. Quando il combustibile è un idrocarburo, l'anodo deve avere una maggiore attività catalitica. Gli anodi e i catodi sono generalmente porosi per facilitare il passaggio dei gas di reazione e lo scarico del prodotto. L'elettrolito funziona per trasferire gli ioni e separare il gas combustibile e il gas ossidante. Al fine di bloccare la miscelazione dei due gas, viene causato il cortocircuito interno della batteria e l'elettrolita è di solito una struttura densa.