Studio sperimentale di una cella a combustibile polimerica ad alta temperatura

Fuel cell operating temperature in polymer electrolyte fuel cells (PEMFC) is mainly limited by the employment of Nafion-like membranes, whose proton conductivity is strongly affected by the presence of liquid water inside the electrolyte. Actually most of the short-comings associated with the PEMFC technology can be solved or avoided by increasing the operating temperature. For this reason, in the last years researchers have pursued the development of alternative membranes able to operate at higher temperatures than 100C in high temperature polimer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEMFC). Among the electrolytes proposed, much interest was raised by phosphoric acid doped polybenzimidazole (PBI). This thesis work describes the experimental analysis performed with the purpose of analyzing fuel cell performance and mass transport phenomena in a phosphoric acid doped polybenzimidazole based HT-PEMFC. Experimental results include polarization curves and proton resistance measurements obtained in different operating conditions, mass balance check, crossover analysis and degradation results.

La temperatura operativa delle celle a combustibile polimeriche (PEMFC) è ad oggi limitata a causa dell’impiego di polimeri che devono la loro elevata conduttività protonica alla presenza di acqua liquida. Diverse problematiche connesse alla tecnologia PEMFC potrebbero tuttavia essere risolte o perlomeno mitigate raggiungendo temperature di funzionamento superiori. Per questo motivo, negli ultimi anni, la ricerca si è perciò concentrata sullo sviluppo di elettroliti in grado di funzionare a temperature superiori a 100C da impiegare in celle a combustibile polimeriche ad alta temperatura (HT-PEMFC). Tra gli elettroliti proposti ha suscitato notevole interesse il polibenzimidazole (PBI) dopato con acido fosforico. Nel presente lavoro si esegue una indagine sperimentale al fine di analizzare le prestazione e il trasporto di massa in una HTPEMFC a base di PBI dopato con acido fosforico. I risultati della sperimentazione comprendono curve di polarizzazione e misure di resistenza protonica ottenute in diverse condizioni operative, la verifica della conservazione della massa, la quantificazione dei fenomeni di crossover e l’analisi dei fenomeni di degrado.