Nello sviluppo di celle a combustibile per veicoli, la misurazione precisa della pressione riveste un ruolo chiave. Solo con sensori di alta qualità si può ottimizzare rendimento, durata e prestazioni.
Mentre veicoli elettrici e ibridi sono già sul mercato di massa, le celle a combustibile a idrogeno sono ancora in fase iniziale di diffusione. Tuttavia, esse hanno il potenziale di combinare mobilità a emissioni zero con una grande autonomia – a condizione che si affrontino con successo sfide come la gestione della pressione e l’efficienza del sistema.
La cosiddetta PEMBZ (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) produce energia elettrica attraverso la reazione chimica tra idrogeno e ossigeno. La base sono numerose singole celle collegate in pila. L’idrogeno fluisce verso l’anodo, l’aria verso la membrana; dal momento che ogni cella fornisce circa 1 volt, la serie di celle aumenta la tensione complessiva.
Per potenze superiori a 10 kW si lavora spesso con pressioni elevate, per aumentare la densità di potenza. Ciò richiede una gestione della pressione estremamente accurata – sia per il flusso d’aria sia per l’ingresso di idrogeno – al fine di mantenere il sistema in condizioni ottimali di funzionamento.
Immagine: Schema di una tipica configurazione di sistema a celle a combustibile PEM. Fonte: James Larminie, Andrew Dicks, Fuel Cell Systems Explained
L’aumento della pressione di alimentazione migliora le prestazioni – riducendo le perdite di attivazione alla catodo (secondo l’equazione di Nernst). Tuttavia, ciò penalizza l’efficienza complessiva del sistema, poiché l’compressore dell’aria consuma energia – spesso fino al 20% della potenza totale.
È quindi necessario calibrare individualmente il livello ottimale di pressione, in base alla dimensione della pila, al comportamento termico e alla gestione dell’acqua. Per fare ciò, dati di pressione precisi sono essenziali – costituiscono la base per algoritmi di regolazione e calcoli di efficienza.
Le condizioni operative tipiche di una cella a combustibile PEM sono tra 50 e 90 °C di temperatura e pressioni fino a circa 3 bar. Pressioni più alte aumentano la densità di potenza ma possono anche causare problemi termici e legati all’umidità. Per test realistici, è quindi necessaria una monitorizzazione precisa della pressione – specialmente durante le fasi di prototipazione e di sviluppo delle prime serie.
Sensori come l’ATM.1ST di STS sono ideali per fornire dati di pressione precisi in queste condizioni. I loro vantaggi includono:
La misurazione della pressione con sensori di alta qualità permette di riconoscere perdite parassite, analizzare tensioni a vuoto e perfezionare le strategie di controllo. Solo con questi dati è possibile operare sistemi a celle a combustibile in modo efficiente e duraturo durante il funzionamento in veicolo.
Poiché molti modelli sono ancora testati in laboratorio, la misurazione della pressione riveste un ruolo di primo piano. Con la maturità della tecnologia e il crescente mercato, questi dati entreranno in sistemi di controllo adattativi – consentendo la prossima generazione di veicoli a idrogeno più efficienti.
Il futuro della mobilità dipende anche dalla tecnologia di misura. Nello sviluppo delle celle a combustibile, sensori di pressione precisi come l’ATM.1ST sono fondamentali per aumentare le prestazioni, minimizzare le perdite e prolungare la vita delle celle – dalla fase di laboratorio fino alla produzione in serie.