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Dalle comuni pile elettriche, le celle a combustibile si differenziano in quanto sono basate su una reazione di combustione controllata, in cui il combustibile è idrogeno (H2) e il comburente è ossigeno (O): il prodotto finale è acqua (H2O). Gli elettrodi, l’anodo e il catodo, sono immersi in un elettrolita che può essere di vario tipo (acido fosforico, da carbonati fusi, da ossidi solidi ceramici, ecc.). L’erogazione di energia elettrica prosegue finché la cella a combustibile viene alimentata con il combustibile all’anodo e con un comburente al catodo. I due reagenti non entrano in contatto direttamente fra loro, ma attraverso la mediazione dell’elettrolita. Gli impianti completi sono formati, oltre che dalla cella, da un sistema (reformer) per produrre idrogeno che si ricava a partire dai vari tipi di combustibili a disposizione (gas naturale, biogas, ecc.). Accanto al vantaggio di sfruttare praticamente tutti i combustibili in modo pulito, le celle a combustibile ne offrono altri, quali l’estrema varietà di potenza installabile (da qualche kW fino a 100 MW, la minima rumorosità e l’eccellente efficienza energetica. Occorrono comunque ancora alcuni miglioramenti tecnologici per rendere le celle a combustibile economicamente competitive con le tradizionali fonti di energia.

Funzionamento

La struttura di una cella a combustibile è molto semplice: essa è composta di tre strati sovrapposti. Il primo strato è l’anodo, il secondo è l’elettrolita e, il terzo, il catodo. L’anodo e il catodo servono da catalizzatori, mentre lo strato intermedio consiste in una struttura di supporto che assorbe l’elettrolita. Nei vari tipi di celle a combustibile vengono usati differenti elettroliti; alcuni di questi sono liquidi, altri solidi e altri ancora hanno struttura membranosa.


Schema di una singola cella a combustibile	Struttura di uno stack. La piastra bipolare (blu scuro) isola elettricamente le singole celle. Uno stack è una combinazione in serie di singole celle.

Poiché una singola cella genera una tensione molto bassa, per ottenere tensioni maggiori, diverse celle vengono impilate. Una pila di questo genere è chiamata “stack”. Il processo che si svolge in una cella a combustibile è inverso di quello dell’elettrolisi: nel processo dell’elettrolisi l’acqua, con l’impiego di energia elettrica, viene decomposta nei suoi componenti gassosi idrogeno (H2) e ossigeno (O).

Una cella a combustibile inverte questo processo e unisce i due componenti producendo acqua. In questo processo viene liberata la stessa quantità di energia elettrica che è stata impiegata per la decomposizione, almeno teoricamente, perché in realtà un po’ di energia va dispersa a causa di altri processi fisico-chimici.

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