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La cella a combustibile a benzina aumenterebbe l'autonomia delle auto elettriche
Se vuoi fare un lungo viaggio con un'auto elettrica, hai bisogno di un generatore a gas, come quello della Chevrolet Volt, per estenderne l'autonomia. Il problema è che quando funziona con il generatore, non è più efficiente di un'auto convenzionale. In effetti, è ancora meno efficiente, perché ha una batteria pesante da portarsi dietro.
Divoratore di gas: La cella a combustibile sviluppata presso l'Università del Maryland.
Ora i ricercatori dell'Università del Maryland hanno realizzato una cella a combustibile che potrebbe fornire un'alternativa molto più efficiente a un generatore a benzina. Come tutte le celle a combustibile, genera elettricità attraverso una reazione chimica, piuttosto che bruciando carburante, e può essere due volte più efficiente nel generare elettricità rispetto a un generatore che utilizza la combustione.
La cella a combustibile dei ricercatori è una versione notevolmente migliorata di un tipo che ha un elettrolita ceramico solido ed è nota come cella a combustibile a ossido solido. A differenza delle celle a combustibile a idrogeno tipicamente utilizzate nelle automobili, le celle a combustibile ad ossido solido possono funzionare con una varietà di combustibili prontamente disponibili, tra cui diesel, benzina e gas naturale. Sono stati utilizzati per generare energia per gli edifici, ma sono stati considerati poco pratici per l'uso nelle auto perché sono troppo grandi e perché funzionano a temperature molto elevate, in genere a circa 900 C.
Sviluppando nuovi materiali elettrolitici e modificando il design della cella, i ricercatori hanno realizzato una cella a combustibile molto più compatta. Può produrre 10 volte più potenza, per le sue dimensioni, di un motore convenzionale e potrebbe essere più piccolo di un motore a benzina producendo la stessa potenza.
I ricercatori hanno anche abbassato di centinaia di gradi la temperatura alla quale opera la cella a combustibile, il che consentirà loro di utilizzare materiali più economici. È un'enorme differenza di costi, afferma Eric Wachsman, direttore dell'Università del Maryland Energy Research Center, che ha guidato la ricerca. Dice che i ricercatori hanno identificato modi semplici per migliorare la potenza e ridurre ulteriormente la temperatura, utilizzando metodi che stanno già mostrando risultati promettenti in laboratorio. Questi progressi potrebbero portare i costi al punto da renderli competitivi con i motori a benzina. Wachsman afferma di essere nelle prime fasi dell'avvio di un'azienda per commercializzare la tecnologia.
Le celle a combustibile di Wachsman attualmente funzionano a 650 C e il suo obiettivo è di portarlo a 350 ⁰C per l'uso nelle auto. Isolare le celle a combustibile non è difficile poiché sono piccole: una pila di celle a combustibile abbastanza grande da alimentare un'auto dovrebbe essere solo di 10 centimetri di lato. Le alte temperature sono un problema maggiore perché rendono necessario l'uso di materiali costosi e resistenti al calore all'interno del dispositivo e perché il riscaldamento della cella alle temperature di esercizio richiede molto tempo. Abbassando le temperature, Wachsman può utilizzare materiali più economici e ridurre il tempo necessario per avviare la cella.
Anche con questi progressi, la cella a combustibile non si accenderebbe istantaneamente e accenderla e spegnerla ad ogni breve viaggio in macchina causerebbe molta usura, riducendone la durata. Invece, sarebbe abbinato a un pacco batteria, poiché un motore a combustione è nella Volt, afferma Wachsman. La cella a combustibile potrebbe quindi funzionare in modo più costante, servendo a mantenere la batteria carica senza fornire raffiche di accelerazione.
I ricercatori hanno ottenuto il loro risultato in gran parte modificando il materiale dell'elettrolita solido al centro di una cella a combustibile ad ossido solido. Nelle celle a combustibile sul mercato, come quella prodotta da Bloom Energy, l'elettrolita deve essere sufficientemente spesso da fornire un supporto strutturale. Ma lo spessore dell'elettrolita limita la generazione di energia. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno sviluppato progetti che non richiedono l'elettrolita per supportare la cella in modo che possano rendere l'elettrolita più sottile e ottenere un'elevata potenza a temperature più basse. I ricercatori dell'Università del Maryland hanno compiuto un ulteriore passo avanti sviluppando nuovi elettroliti multistrato che aumentano ulteriormente la potenza.
Il lavoro fa parte di un più ampio sforzo del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, nell'ultimo decennio, per rendere pratiche le celle a combustibile a ossido solido. I primi frutti di questo sforzo probabilmente non saranno le celle a combustibile nelle auto: finora, Wachsman ha realizzato solo celle a combustibile relativamente piccole e resta da fare un lavoro ingegneristico significativo. Le prime applicazioni di combustibili a ossido solido nei veicoli potrebbero essere su camion a lungo raggio con cabine lunghe.
Fornitori di attrezzature come Delphi e Cummins stanno sviluppando celle a combustibile in grado di alimentare condizionatori d'aria, TV e microonde all'interno delle cabine, riducendo potenzialmente il consumo di carburante dell'85% rispetto al motore del camion al minimo. Il sistema Delphi utilizza anche un design che consente un elettrolita più sottile, ma funziona a temperature più elevate rispetto alla cella a combustibile di Wachsman. La cella a combustibile potrebbe essere attivata lunedì e lasciata funzionare a basse velocità per tutta la settimana e ottenere comunque la riduzione dell'85%. Delphi ha costruito un prototipo e prevede di dimostrare il suo sistema su un camion il prossimo anno.