La conversione diretta energia chimica-energia elettrica:

materiali e dispositiviAlberto Vertova

Dipartimento di Chimica Fisica ed Elettrochimica

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IDROGENO+

OSSIGENO

H2O+ ENERGIA ELETTRICA

Energia richiesta

Energia ottenuta

Alessandro VoltaAlessandro Volta

Produzione dell’idrogeno

Pile a combustibile

Pile a combustibile microbiologiche

Pile al litio

Supercapacitori

ArgomentiArgomenti

Pile primariePile primarie

Batterie = pile primarie non ricaricabili in quanto le reazioni chimiche interne sono

irreversibili

Pile secondariePile secondarie

Accumulatori = pile secondarie ricaricabili in quanto le reazioni chimiche interne sono

reversibili.

Pile a combustibilePile a combustibile

↔+

2 2 2H O H + O↔

Le reazioniLe reazioni

elettrolisiH2O(l) H2(g) + ½ O2(g)

237 kJ

H2O(l)

H2(g) + ½ O2(g)

H2O(l)

Generatore o Pila

H2O(l) H2(g) + ½ O2(g)

H2O(l)

H2(g) + ½ O2(g)

237 kJ

Le reazioniLe reazioni

La pilaLa pila

O2

H2O

H2

e-

H+ H+

e-

A

e-e-

V

membrana cationica

Polo (-) Polo (+)

½ H2(g) → H+(aq) + e- ¼ O2(g) + H+(aq) + e- → ½ H2O(l)

30-50%

50-70%

90-110%

Celle aCombustibile

MacchinaTermica

10-30%

10-20%

MacchinaTermica

60-70%

20-30%

Celle aCombustibile

T∆S = perdita o guadagno

perdita estrinseca

perdita intrinseca

attrito

sovratensioni

Processo Reversibile Processo Irreversibile

RendimentiRendimenti

RendimentiRendimenti

1) Ciclo Termico: Echimica → Etermica → Emeccanica → Eelettrica

2) Celle a Combustibile: Echimica → Eelettrica

IdrogenoIdrogeno

L’idrogeno prodotto è quasi esclusivamente impiegato per usi non-energetici:•Industria chimica•Industria alimentare •Industria metallurgica•Applicazioni elettriche•Industria petrolchimica

2 2 2H O H + O→

IdrogenoIdrogeno

La produzione mondiale annua di idrogeno è di 500 miliardi di Nm3, equivalenti a 44 milioni di

tonnellate

10.0Raffinazione del Carbone

3.4Altre industrie chimiche

24.6Industria petrolifera e petrolchimica

24.0Ossidazione parziale

38.0Steam reforming

IdrogenoIdrogeno

Decomposizione termica diretta (termolisi)

Produzione termochimica (idrolisi con cat.)

Produzione biologica

Produzione fotochimica (fotolisi)

Produzione fotoelettrochimica

Altre forme di produzione

IdrogenoIdrogeno

L' idrogeno prodotto è impiegato per il 95% nell'industria chimica, per produrre ammoniaca,

alcool metilico (metanolo) e prodotti petroliferi; il 5% è invece utilizzato

dall'industria metallurgica per il trattamento dei metalli

ElettrolizzatoreElettrolizzatore

G A[+][-]

V

O2

H2O

H2

e-

H+ H+

e-

H+(aq) + e-→½ H2(g) ½ H2O(l) → ¼ O2(g) + H+(aq) + e-

e- e-

Hydrogen EconomyHydrogen Economy

Hydrogen EconomyHydrogen Economy