Simulazione di celle a combustibile: esempi concreti
-PUBBLIREDAZIONALE-
Le celle a combustibile o fuel cell rientrano a tutti gli effetti tra le tecnologie per la produzione di energia pulita: questo significa che non generano come sottoprodotto anidride carbonica (CO2) o altre sostanze tossiche. Consentono dunque di abbattere la carbon footprint di qualsiasi attività che richieda l’utilizzo dell’energia elettrica.
La chimica delle celle a combustibile.
Alla base della produzione di energia elettrica da parte delle fuel cell ci sono reazioni elettrochimiche il cui risultato ultimo comporta l’ossidazione dell’idrogeno e la riduzione dell’ossigeno. Detto in altri termini, da un lato le fuel cell richiedono solo la presenza di idrogeno e ossigeno, e dall’altro l’unico sottoprodotto è costituito dall’acqua.
La simulazione multifisica
Un aspetto fondamentale per il funzionamento ottimale di una cella a combustibile è l’equilibrio tra la distribuzione della densità di corrente all’interno della cella, l’alimentazione dei reagenti e il profilo della temperatura. Analizzare nel dettaglio queste dinamiche è molto importante per il progettista ed è possibile grazie alla simulazione multifisica, che consente di tenere conto anche delle deformazioni strutturali che l’espansione termica può causare.
Simulare le fuel cell con COMSOL Multiphysics®
Il Fuel Cell & Electrolyzer Module è un prodotto aggiuntivo del software COMSOL Multiphysics® che consente di progettare e modellare diverse tipologie di celle a combustibile, integrando tutti i fenomeni fisici rilevanti in un unico modello. Questo software offre una vasta gamma di accoppiamenti multifisici, come il flusso reattivo e il flusso non isotermo, che possono essere implementati per ottenere una chiara comprensione del funzionamento della cella nelle applicazioni reali.
Modellare diversi tipi di celle a combustibile
Il Fuel Cell & Electrolyzer Module permette di modellare moltissimi tipi diversi di fuel cell. Tra i post del blog COMSOL è possibile approfondire alcuni esempi di simulazione di celle a combustibile. >>> https://www.comsol.it/c/esqn
Tra questi c’è la cella a combustibile a ossidi solidi, in cui elettrolita ed elettrodi sono costituiti da ossidi metallici (all’interno di materiali ceramici duri). Gli elettrodi in questa cella sono elettrodi porosi a diffusione di gas (GDE) e l’elettrolita solido è incluso tra di essi per formare una struttura a sandwich.
È possibile simulare anche le celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEM) a bassa temperatura, che hanno come elettrolita una membrana polimerica, e le celle a combustibile PEM non isoterme, di cui si possono modellare, tra le altre cose, le reazioni elettrochimiche, la fluidodinamica, il trasferimento di calore e il trasporto di carica e specie.
In un altro passaggio del post viene approfondito anche il raffreddamento di uno stack di celle a combustibile. Si tratta di un’analisi molto importante, perché una distribuzione non uniforme della temperatura all’interno delle celle di uno stack potrebbe provocare una condensazione non uniforme del vapore acqueo e una variazione indesiderata delle prestazioni da cella a cella.
Per scoprire come si possono studiare questi tipi di fuel cell con COMSOL Multiphysics, leggi subito il blog! >>> https://www.comsol.it/c/esqn
