Studio sperimentale del degrado di celle a combustibile polimeriche ad alta temperatura

In recent years, research on polymer fuel cells (PEMFC) has focused on the development of electrolytes that can work at temperatures above 100 °C, because of their great advantages in stationary micro-cogenerative power plants. Special care has been addressed towards polybenzimidazole (PBI) doped with phosphoric acid, which can operate up to 200 °C. In this work an experimental investigation is performed to characterize degradation and activation of two PBI based fuel cells. The characterization is conducted by means of careful statistical analysis of measurements of voltage, protonic resistance and water flux from anode side during time. Additional data has been collected by means of powerful electrochemical experimental techniques: electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV), linear sweep voltammetry (LSV) and polarization curves. Results come from 4000 hours of tests in three different operating conditions and the characterization process highlights the electrode as the main component interested by degradation.

Negli ultimi anni la ricerca nel campo delle celle a combustibile polimeriche (PEMFC) si è concentrata sullo sviluppo di elettroliti polimerici in grado di funzionare a temperature superiori a 100 °C, perché più adatti per applicazioni di tipo stazionario in assetto cogenerativo. Particolarmente attraente è il polibenzimidazolo (PBI) impregnato con acido fosforico, in grado di funzionare fino a temperature di 200 °C. In questo lavoro si esegue una indagine sperimentale finalizzata alla caratterizzazione del degrado e del condizionamento di due PEMFC a base di PBI impregnato con acido fosforico. La caratterizzazione è condotta sia attraverso una attenta analisi statistica di misure di tensione, resistenza protonica e trasporto di acqua attraverso la membrana nel tempo, sia tramite l’utilizzo di misure di spettroscopia di impedenza (EIS), voltammetria ciclica (CV), voltammetria lineare (LSV) e di curve di polarizzazione. I risultati sono relativi a circa 4000 ore di test in tre diverse condizioni operative e si è potuto verificare che il degrado interessa prevalentemente l’elettrodo.