Grafite

Le celle a combustibile sono diventate una valida fonte di energia ecologica e i progressi tecnologici continuano a essere compiuti. Oggi, le celle a combustibile sono già utilizzate per l’energia primaria e di riserva per edifici commerciali, industriali e residenziali. Tuttavia, le celle a combustibile vengono utilizzate anche per alimentare una varietà di veicoli, tra cui carrelli elevatori, automobili, autobus, barche, motociclette e sottomarini. Con il miglioramento della tecnologia delle celle a combustibile, l'importanza dell'utilizzo di grafite ad elevata purezza nelle piastre bipolari, negli strati di diffusione del gas e nei catalizzatori delle celle a combustibile sta diventando sempre più evidente.

Con la crescita del settore dei veicoli elettrici (EV), l’autonomia si è rivelata una sfida importante. Le celle a combustibile possono essere utilizzate sia in applicazioni fisse che mobili, sebbene queste ultime richiedano l'accesso a una stazione di rifornimento. Tuttavia, i veicoli elettrici standard sono ancora molto più limitati dalle loro batterie. Ciò non è molto pratico in molte applicazioni commerciali in cui i veicoli coprono grandi distanze o in paesi meno densamente popolati e con lunghe distanze di guida. Le celle a combustibile possono fornire energia elettrica a distanze di guida paragonabili a quelle dei motori a gas o diesel. Pertanto, le celle a combustibile vengono spesso utilizzate nei trasporti di massa/autobus, ad esempio in Cina e Nord America, in particolare in applicazioni di tipo flotta in cui i veicoli ritornano ogni giorno a un punto centrale. Gli autobus a celle a combustibile operano in diversi stati degli Stati Uniti e anche nel Regno Unito.

Sempre più spesso i produttori di automobili guardano a questa tecnologia su scala più ampia. Daimler e Honda stanno già noleggiando veicoli a celle a combustibile e sono seguiti da altri produttori di automobili come Toyota e Hyundai.

Una cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico che converte l'energia chimica di un combustibile in elettricità attraverso una reazione elettrochimica del combustibile contenente idrogeno con l'ossigeno dell'aria o un altro agente ossidante. Le piastre bipolari (BP) sono un componente chiave delle celle a combustibile dal carattere multifunzionale: conducono la corrente elettrica da cella a cella, rimuovono il calore dall'area attiva e impediscono la fuoriuscita di gas e refrigerante. Gli strati di diffusione del gas (GDL) sono essenziali per distribuire uniformemente il gas combustibile e l'ossigeno dall'aria. Catalizzatori e substrati catalitici sono decisivi per aumentare la velocità delle reazioni elettrochimiche delle celle a combustibile.

La grafite nelle celle a combustibile viene utilizzata come materiale conduttivo per le piastre bipolari, che sono un componente essenziale della struttura delle celle a combustibile. Le piastre bipolari in grafite super sottile devono essere pure e di alta qualità per migliorare la conduttività elettrica e termica, oltre a garantire un funzionamento di lunga durata.

Le piastre bipolari delle celle a combustibile con membrana a scambio protonico, una delle tecnologie più popolari, richiedono grafite a scaglie grandi e di elevata purezza. La grafite a grana fine viene utilizzata anche come additivi e riempitivi, ma si tratta di un componente relativamente piccolo delle celle a combustibile.

La grafite viene utilizzata anche in GDL, dove la grafite influisce sulla porosità di questo strato.

Infine, come substrato del catalizzatore viene utilizzata la grafite ad elevata purezza, che consente ai preziosi metalli del catalizzatore di essere a stretto contatto con i reagenti chimici, evitando qualsiasi contaminazione.

Le celle a combustibile si basano su un processo elettrochimico e non sulla combustione, le emissioni nocive delle celle a combustibile sono davvero inesistenti: un punto di svolta assoluto anche rispetto ai processi di combustione del combustibile più puliti. Acqua e calore sono gli unici sottoprodotti delle celle a combustibile. Le celle a combustibile sono anche molto più efficienti dei motori a combustione nel convertire il carburante in energia. Poiché non hanno parti mobili, le celle a combustibile sono silenziose, durevoli, affidabili e di lunga durata con poca manutenzione.

L’UE sta perseguendo attivamente la cooperazione internazionale sulla ricerca e sull’innovazione sull’idrogeno rinnovabile attraverso Mission Innovation, un’iniziativa globale per accelerare gli sforzi nell’innovazione delle energie rinnovabili. L’obiettivo della Clean Hydrogen Mission è ridurre i costi dell’idrogeno pulito per l’utente finale a 2 dollari al kg entro il 2030 e sviluppare almeno 100 “valli dell’idrogeno” in tutto il mondo entro il 2030. Le politiche nazionali in atto sono state registrate dall’Agenzia internazionale per l’energia (IEA) relazione sull'idrogeno.1