CAPITOLO 1. CELLE A COMBUSTIBILE 1.1 CENNI STORICI Già nell anno 1839 vennero posate le fondamenta dell odierna tecnologia delle celle a combustibile. Fu Sir William Robert Grove (1811-1896), gentiluomo gallese (fig. 1.1), a realizzarne il primo prototipo funzionante. Nato in Swansea, Wales, Professore di fisica nella London Institution dal 1841 al 1846, occupò anche la carica di avvocato e poi di giudice nella "Court of Common Pleas" e nella "High Court of Justice". Figura 1.1 Sir William Robert Grove Le sue celle a combustibile erano costituite da elettrodi porosi di platino, contenuti in cilindri di vetro, immersi in una soluzione a base di acido solforico, che fungeva da bagno elettrolita e originava un contatto elettrico; uno dei due tubi di vetro era alimentato da ossigeno, mentre l altro da idrogeno. Collegando i due elettrodi mediante un circuito esterno ad un amperometro, Grove osservò che l apparecchiatura così realizzata generava corrente elettrica, oltre che la produzione di acqua e calore e l inevitabile consumo dell idrogeno e dell ossigeno. La tensione poteva essere dunque prelevata dagli elettrodi, ma poiché era esigua, Grove combinò una serie di celle (4) tra loro per ottenerne di più. Il sistema ideato 6
da Grove prese il nome di batteria voltaica a gas (fig. 1.), il prototipo sulla base del quale sono concepite le attuali celle PAFC. Figura 1. Batteria voltaica a gas di Grove Purtroppo la sua invenzione non era in grado di produrre abbastanza elettricità da essere considerata utile: i contemporanei di Grove non riconobbero la sua scoperta e il tema cella a combustibile venne dimenticato. I motivi sono essenzialmente due: l idrogeno, usato come combustibile per la cella, allora come oggi non è disponibile immediatamente in natura, e richiede, per la sua produzione, complessi processi di estrazione e costose apparecchiature; negli anni immediatamente successivi alla scoperta di Grove, sulla scena mondiale apparvero le prime macchine termiche, ovvero la turbina a vapore e il motore alternativo a combustione interna, che utilizzavano combustibili certamente meno costosi e più facilmente reperibili dell idrogeno (carbone e derivati del petrolio). È possibile citare unicamente, tra gli studiosi contemporanei di Grove, interessati al tema delle celle a combustibile, Ludwig Mond (1839-1909) ed il suo assistente Charles Langer, che nel 1889 costruirono una cella a combustibile da 6 A.ft ² e 0.73 Volt, funzionante ad aria e gas prodotto da carbone industriale. Circa nello stesso periodo, William White Jaques, che coniò il termine cella a combustibile, ne costruì una che come bagno elettrolita utilizzava acido fosforico. A partire dalla prima metà del secolo scorso, si sono susseguiti una serie di studiosi che si sono occupati dell analisi prevalentemente teorica delle celle a 7
combustibile, ovvero dei suoi principi di funzionamento : Friederich Wilhelm Ostwald (1853-193) si occupò di studi volti a comprendere la dinamica delle celle; Emil Baur (1873-1944), ingegnere svizzero, si dedicò allo studio dei differenti tipi di celle, in particolare di quelle operanti ad alta temperatura. Durante gli anni Venti del secolo scorso, ricerche in Germania riguardanti le celle a combustibile, aprirono la porta allo sviluppo del ciclo carbonato ed alle celle a combustibile ad ossidi solidi di oggi. Nel 193, il Dott. Francis Thomas Bacon (1904-199) diede un importante contributo alla ricerca dei combustibili. I primi progettisti di celle utilizzavano elettrodi porosi in platino ed acido solforico come bagno elettrolita; ma utilizzare platino era molto costoso e l'acido solforico era corrosivo. Bacon decise di utilizzare un elettrodo poco costoso, quale il nickel ed un elettrolita alcalino meno corrosivo. Dovette lavorare fino al 1959 per perfezionare il suo progetto, dimostrandone l'efficacia con una saldatrice alimentata da una cella a combustibile da 5 kw. Francis T. Bacon, un discendente diretto dell'altro famoso Francis Bacon, chiamò così la sua famosa cella la "Cella Bacon" (Bacon Cell). Solo negli anni cinquanta, nel segno della guerra fredda, l idea venne ripresa, poiché la tecnica spaziale e militare necessitava di forme energetiche compatte ed efficienti. Nell'ottobre del 1959, Harry Karl Ihrig, un ingegnere della Allis-Chambers, realizzò un trattore da 0 cavalli alimentato da celle a combustibile: fu il primo veicolo di questo tipo. Il serio interesse per le celle a combustibile quale generatore di energia non sorse prima degli anni '60, con i programmi spaziali che adottarono questa tecnologia a scapito del nucleare, di maggior rischio, e del solare, più costoso. La General Electric produsse un sistema di generazione d'energia elettrica basato sulle celle a combustibile, per le navicelle spaziali Gemini ed Apollo della NASA. I principi della "Cella Bacon" furono la base di questo progetto. Attualmente tutti i veicoli spaziali dei programmi dello Space Shuttle utilizzano con successo questa tecnologia: l'elettricità per lo Shuttle è fornita infatti da celle a combustibile, ed alcune di queste provvedono anche alla produzione d'acqua per l'equipaggio. I veicoli spaziali e i sottomarini hanno bisogno di energia elettrica, ma 8
non consentono l uso di motori a combustione interna per generarla; visto che le batterie sono troppo pesanti per essere installate nei veicoli spaziali, la NASA optò per la trasformazione di energia chimica tramite celle a combustibile. Il Dr. Lawrence H. DuBois del Dipartimento di Difesa e dell'agenzia per Progetti di Ricerca Avanzata (DARPA) ebbe l'idea per lo sviluppo di una cella a combustibile che potesse operare alimentata da vari idrocarburi liquidi (metano, etanolo, ecc.). Cooperò così con il Dr. Surya Prakash, un famoso esperto di super acidi ed il Dr. George A. Olah, entrambi dell'istituto di Idrocarburi Loker dell'università del Sud della California (USC), per inventare questo tipo di cella a combustibile. La USC, in collaborazione con il Laboratorio di Propulsione Jet (JPL)/Istituto Tecnologico della California (Cal Tech), inventò così l'ossidazione diretta di idrocarburi liquidi, successivamente coniata come DMFC o Cella a Combustibile con Alimentazione Diretta al Metanolo. La DTI ha acquistato in esclusiva mondiale i diritti di licensing per l'ossidazione Diretta di idrocarburi Liquidi, la Tecnologia DMFC. Il Presidente e CEO della DTI, Todd Marsh, prevedendo il futuro impatto di questa nuova e pulita alternativa ai combustibili fossili, si offrì di aiutare a commercializzare questa tecnologia. Oggi la DMFC è largamente considerata come una tecnologia utile e conveniente in molte applicazioni, un'alternativa pulita ai combustibili fossili. Pertanto, sebbene le celle a combustibile siano state scoperte intorno al 1839, sono occorsi 10 anni affinché la NASA dimostrasse alcune delle loro potenziali applicazioni nella produzione di energia durante i voli spaziali. Come risultato di questi successi, negli anni 60, l industria ha cominciato a riconoscere il potenziale commerciale delle celle a combustibile, ma trascurando le barriere tecniche e gli alti costi d investimento (le celle a combustibile non sono economicamente competitive con le esistenti tecnologie per la produzione di energia). Dal 1984, l Office of Transportation Technologies al U.S. Department of Energy sta supportando la ricerca e lo sviluppo della tecnologia della cella a combustibile, e, tra i risultati ottenuti, centinaia di compagnie nel mondo stanno attualmente lavorando affinché tali sistemi abbiano sviluppo e successo, cosce delle caratteristiche di alta performance, affidabilità, resistenza e dei benefici ambientali garantiti da tale tecnologia. 9
L utilizzo civile delle celle a combustibile è diventato pertanto interessante solo negli ultimi anni. Agli inizi degli anni novanta, scienziati ed ingegneri ne svilupparono diversi nuovi tipi e tecnologie, con i quali si è potuta aumentare continuamente l efficienza e abbassare i costi. Nel frattempo le applicazioni si sono estese da motori, caldaie e centrali con una potenza di alcuni MW, a microapplicazioni nella telefonia e nell informatica mobile. 1. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO Le celle a combustibile sono convertitori di energia che trasformano direttamente i vettori energetici chimici in energia elettrica, acqua e calore, per effetto di una reazione elettrochimica fra un combustibile (generalmente idrogeno) e un ossidante (ovvero ossigeno o più comunemente aria), senza trasformazioni intermedie in energia termica e meccanica. Esse hanno il vantaggio di avere una struttura semplice e di non possedere parti mobili. Sono simili ad una batteria e quindi, come gli altri elementi voltaici, la cella si compone di due elettrodi, anodo e catodo, separati da un elettrolita, tutti di struttura piatta (fig. 1.3). L anodo e il catodo servono da catalizzatori: al primo è inviato il combustibile, al secondo l ossidante; mentre lo strato intermedio consiste in una struttura di supporto che assorbe l elettrolita e permette la migrazione degli ioni. Nei vari tipi di celle vengono usati differenti elettroliti: alcuni di questi sono liquidi, altri solidi e altri ancora hanno struttura membranosa. Figura 1.3 Elementi strutturali di una cella a combustibile 10
Il processo che si svolge in una cella a combustibile è inverso a quello dell elettrolisi (fig. 1.4): nel processo dell elettrolisi, l acqua, con l impiego di energia elettrica, viene decomposta nei suoi componenti gassosi, idrogeno ( H ) e ossigeno (O ). Una cella a combustibile inverte questo processo, facendo reagire i due componenti e producendo acqua. In questa trasformazione dovrebbe essere liberata la stessa quantità di energia elettrica che è stata impiegata per la decomposizione, almeno teoricamente, perché in realtà una parte di energia và dispersa a causa di altri fenomeni chimico-fisici. Nell idrogeno è quindi immagazzinata energia elettrica o, in altre parole, l idrogeno è un gas che consente l accumulo di energia elettrica che può essere liberata con l uso di una cella a combustibile. Nel processo di ricomposizione dell acqua si usa normalmente l aria e non l ossigeno puro, che pertanto non deve essere immagazzinato. Figura 1.4 Processo dell elettrolisi e della cella a combustibile Esistono differenti tipi di celle che si distinguono per la loro struttura e il loro funzionamento. Descriviamo, per esempio, il funzionamento di una cella a combustibile PEM ( PEM sta per Polymer-Electrolyte-Membrane), formalmente analoga al prototipo di cella a combustibile realizzata da Grove nel 1839. Quando sull anodo è convogliato dell idrogeno ( H ) e sul catodo dell ossigeno (O ), sulle facce opposte a quelle in contatto con l elettrolita, si svolge il seguente 11
processo (fig. 1.5-1.6): una molecola di idrogeno si decompone in due ioni idrogeno, con la liberazione di elettroni ( e ), secondo la seguente semireazione: + H H + e (1.1) Gli ioni di idrogeno così formatesi migrano attraverso l elettrolita al catodo, ossidano con l ossigeno e formano acqua, secondo la seguente semireazione: + e + H H O (1.) Data la porosità degli elettrodi, vengono in questo modo continuamente alimentate le reazioni di ossidazione del combustibile ( H ) e di riduzione dei gas ossidanti (O). Per formare l acqua occorrono gli elettroni che prima sono stati ceduti all anodo. L elettrolita è però un isolante che non consente agli elettroni di attraversarlo (se elettroni liberi o altre sostanze attraversassero l elettrolita, essi non consentirebbero la reazione chimica). Collegando i due elettrodi, catodo e anodo, con un conduttore elettrico, gli elettroni lo attraversano, e partendo dall anodo raggiungono il catodo: si genera quindi una corrente elettrica continua (DC) sfruttabile (proporzionale alla velocità della reazione chimica), che può essere convertita in corrente alternata mediante un inverter. Sommando le due semireazioni precedenti, si ottiene la reazione elettrochimica che sta alla base del funzionamento della cella a combustibile, ovvero: 1 H + O HO (1.3) Questo processo si svolge senza interruzione fino a che permane una sufficiente quantità di idrogeno e di ossigeno. Figura 1.5 Schematizzazione di una PEM Figura 1.6 Processo chimico in una PEM 1
Diversamente dalle batterie comuni, nella pila a combustibile, la materia attiva viene continuamente rinnovata e quindi la corrente elettrica continua può essere erogata indefinitamente se si mantiene l'alimentazione di combustibile e di gas. Pertanto, da un punto di vista teorico, una cella a combustibile funziona come una batteria; a differenza di una batteria però una cella a combustibile non si esaurisce e non deve essere ricaricata, producendo energia elettrica e calore con un'efficienza globale che nessun dispositivo di generazione a combustione può mai raggiungere. Ricapitolando, i prodotti generati dalla reazione elettrochimica di una cella a combustibile alimentata ad idrogeno sono (fig. 1.7): corrente elettrica continua, generata dal passaggio di elettroni nel circuito esterno acqua al catodo, sia in fase liquida che in fase vapore, rimossa dalla cella mediante un flusso d aria energia termica, dovuta alle due semireazioni, fortemente esotermiche. Figura 1.7 Reagenti e prodotti della reazione elettrochimica di una PEM Nel realizzare correttamente una cella a combustibile, bisogna tenere in considerazione che occorre: aumentare l area di contatto tra elettrodi, elettrolita e gas, ovvero la cosiddetta Three Phases Boundary (TPB), per ottenere una maggiore produzione di corrente elettrica; è per questo motivo che si ricorre all uso di elettrodi piatti e porosi o anche alla realizzazione di elettrodi costruiti utilizzando come materiale anche una piccola frazione di elettrolita. In tal 13
modo si riesce ad aumentare l area elettrochimicamente attiva anche di tre ordini di grandezza rispetto al suo valore effettivo diminuire la resistenza ohmica offerta dall elettrolita al passaggio degli ioni, proporzionale alla distanza che questi devono percorrere, per aumentare ancora la corrente elettrica disponibile sul circuito; proprio per questo, si ricorre all uso di membrane estremamente sottili, piuttosto che all uso di elettroliti in soluzione acquosa (come l acido solforico dell esperienza di Grove) impedire il contatto diretto tra combustibile e ossidante, che altrimenti darebbero vita ovviamente ad una combustione (la cella potrebbe esplodere), piuttosto che alla reazione elettrochimica precedente; a questo scopo, la scelta dell elettrolita è fondamentale, in quanto esso deve consentire unicamente il passaggio degli ioni, rimanendo impermeabile sia al combustibile che all ossidante utilizzare come elettrodi materiali catalizzatori, in grado di ridurre l energia di attivazione della reazione e tali da farla procedere ad una velocità accettabile; in quanto, sebbene la reazione elettrochimica dell idrogeno sia termodinamicamente possibile, senza la presenza di catalizzatori, avverrebbe in tempi praticamente infiniti. A tale scopo, si ricorre all uso di elettrodi in platino o in nichel (quest ultimo, pur avendo prestazioni inferiori, è decisamente più economico). Il platino è il materiale più impiegato perché in grado di far reagire H e O, come richiesto dal processo elettrochimico, ed è anche capace di rilasciare efficacemente i prodotti intermedi per formare il prodotto finale. Per esempio, il processo all anodo richiede zone del catalizzatore in platino per attirare gli atomi H quando le molecole di H reagiscono, e queste stesse zone in platino devono poi rilasciare gli atomi H, come H + ed e : H + Pt = Pt H (1.4) + Pt H = Pt + H + e (1.5) Pertanto, occorre ottimizzare il legame agli atomi H non deve essere né troppo debole né troppo forte e questa è l unica caratteristica che deve presentare un 14
buon catalizzatore. Attualmente, realizzare un efficiente catalizzatore in platino è piuttosto costoso; la ricerca sta tentando di ridurre la quantità di platino impiegata nei catalizzatori, mantenendo però le stesse prestazioni. Uno dei metodi migliori impiegati consiste nel costruire un elettrodo con una superficie di materiale catalizzatore più grande possibile (fig. 1.8). Ogni elettrodo è realizzato in carbonio poroso, al quale sono aggiunte particelle di platino molto piccole; essendo l elettrodo poroso, i gas possono diffondersi attraverso ogni elettrodo per raggiungere il catalizzatore; sia il platino che il carbonio sono conduttori, dunque, in tal modo gli elettroni hanno la possibilità di muoversi liberamente attraverso gli elettrodi. Le particelle di platino presentano una dimensione molto ridotta, circa nanometri in diametro, ma sono distribuite su un area superficiale molto grande dell elettrodo, facilmente accessibile alle molecole di gas. La superficie totale occupata da queste piccole particelle è molto grande, anche quando la massa totale di platino usata è piccola; questa vasta area superficiale di platino consente alle reazioni agli elettrodi di procedere simultaneamente in molte zone della superficie dell elettrodo. Questa alta dispersione di molecole di catalizzatore sulla superficie dell elettrodo è dunque una chiave per generare un significativo flusso di elettroni, ovvero corrente continua, in una fuel cell. Figura 1.8 PEM con elettrodi porosi, composti da particelle di platino uniformemente distribuite su particelle di carbonio 15
aumentare la temperatura d esercizio della cella, in quanto questo, analogamente all uso di catalizzatori, consente di aumentare la velocità di reazione elettrochimica. Infatti, il grado di reazione k di qualsiasi reazione chimica o elettrochimica è fornito dalla legge di Arrhenius: dove: E a RT k = Ae (1.6) A = frequency factor, ricavabile sperimentalmente E a = energia di attivazione R = costante universale dei gas T = temperatura. All aumento della temperatura corrisponde un aumento della mobilità delle molecole e dunque una maggiore probabilità che esse possano collidere e reagire tra loro. Nella pratica, la scelta dei combustibili con cui alimentare le celle a combustibile è molto limitata, perché ionizzare molte molecole è difficile, e la reazione risulta avere una grande energia di attivazione, che a sua volta rallenta la reazione e rende l'uso pratico impossibile. L'idrogeno è un gas in grado di essere ionizzato facilmente, perché la sua molecola è costituita da due atomi legati da un legame relativamente debole ( H H ); molto più debole, per esempio, di quello tra atomi di idrogeno e carbonio nella molecola del metano ( CH 4 ). Pertanto le celle a combustibile vengono alimentate, oltre che da idrogeno, anche da idrogeno estratto, con particolari procedimenti, da benzina, metano, metanolo, carbone, etanolo e biomasse in genere, risultando dunque estremamente più versatili. Non ci sono scelte per il comburente, che è ovviamente l'ossigeno dell'aria: non solo reagisce con l'idrogeno dando un prodotto innocuo come l'acqua, ma è anche disponibile in abbondanza e gratuitamente in atmosfera. Tuttavia, il doppio legame (O=O) tra gli atomi nella molecola dell'ossigeno è più forte che nel caso della molecola di idrogeno, e l'ossigeno rappresenta spesso un ostacolo maggiore nella catalisi delle reazioni elettrochimiche; si parla in gergo tecnico di sovratensione 16
catodica, visto che l'ossigeno viene consumato al catodo della cella, e che una parte della tensione generata dalla cella viene assorbita per promuovere la reazione dell'ossigeno. 1.3 TIPOLOGIE DI CELLE A COMBUSTIBILE Una tipica classificazione delle celle a combustibile si basa sul tipo di elettrolita da cui esse sono composte; in base a ciò, si distinguono (fig. 1.9): Celle alcaline (o AFC: Alkaline Fuel Cell), che usano come elettrolita una soluzione acquosa di idrossido di potassio ( KOH ) e hanno elettrodi porosi a base di nichel (temperatura media di esercizio: 60-100 C). Celle PEM (Proton Exchange Membrane), dette anche SPFC (Solid Polymer Fuel Cell, celle ad elettrolita polimerico solido): sono dotate di una membrana a scambio di protoni, su cui sono depositati gli elettrodi (temperatura media di esercizio: 60-10 C). Celle ad acido fosforico PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell), che usano come elettrolita una soluzione di acido fosforico, imbibito in una matrice di carburo di silicio, posta fra due elettrodi di grafite opportunamente trattata (temperatura media di esercizio: 180-00 C). Celle ad ossidi solidi SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), il cui elettrolita è formato da ossido di zirconio, stabilizzato con ossido di ittrio; il catodo è costituito da manganito di lantanio opportunamente trattato, l'anodo da un cermet a base di nichel-ossido di zirconio (temperatura media di esercizio: 800-1000 C). Celle a carbonati fusi (o MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell), che usano come elettrolita una miscela di carbonati (tipicamente di litio e di potassio), i due elettrodi sono entrambi a base di nichel: il catodo impiega ossido di nichel litiato, l'anodo usa nichel con piccole percentuali di cromo (temperatura media di esercizio: 600-700 C). 17
Una seconda classificazione delle fuel cell si basa, invece, sulla temperatura d esercizio che le caratterizza; in base a ciò, si distinguono: celle a combustibile a bassa media temperatura: AFC, PEM, PAFC celle a combustibile ad alta temperatura : MCFC, SOFC. Le celle a combustibile a bassa e media temperatura (AFC, PEM, PAFC) presentano minori problemi tecnologici e permettono l'uso di materiali strutturali non particolarmente pregiati; sono però richiesti catalizzatori a base di metalli nobili. I rendimenti possono arrivare al 40%; solo le celle alcaline raggiungono il 50%. Le celle a combustibile ad alta temperatura (MCFC, SOFC) presentano maggiori difficoltà tecnologiche, ma hanno maggiore flessibilità rispetto al combustibile e possono raggiungere rendimenti più elevati; inoltre l'alta temperatura del calore residuo consente l'integrazione in cicli di tipo combinato, permettendo di arrivare a rendimenti complessivi del 60-65 %. Nella tab. 1.1 sono riassunte le proprietà fondamentali delle celle a combustibile considerate. Figura 1.9 Tipologie di celle a combustibile 18
parametri delle celle a combustibile elettrolita temperatura media d'esercizio [ C] efficienza elettrica [%] densità di potenza [mw/cm ) temperatura media del calore residuo[ C] materiali costruttivi elettrodi AFC PEM PAFC MCFC SOFC idrossido di potassio membrana polimerica acido fosforico carbonati di metalli alcalini ossido di zirconio drogato 90-10 60-100 175-0 600-1000 800-1000 60 40-50 40-50 50-55 50-60 300-500 300-900 150-300 150 150-70 < 60 40-60 70-80 600-700 700-1000 plastica, grafite, inconel PFTE e metalli nobili materiali grafitici, metalli materiali grafitici nichel, acciaio inossidabile grafite PFTE nichel materiali ceramici, metalli manganito di lantanio, Ni, ZnO catalizzatore Pt, Pd, Ag, Ni Pt Pt Ni - applicazioni militari, spaziali, trazione impianti stazionari, generatori portatili, trazione impianti stazionari, cogenerazione, potenza distribuita, trazione impianti stazionari, cogenerazione impianti stazionari, cogenerazione vantaggi reazione al catodo più veloce nell'elettrolita alcalino, alta densità di potenza elettrolita solido riduce la corrosione e problemi di gestione; bassa temperatura; start-up veloce efficienza > 85% in cogenerazione; usa anche H non puro come combustibile vantaggi dell'alta temperatura vantaggi dell'alta temperatura; vantaggi di elettrolita solido svantaggi rimozione costosa di CO dal combustibile e richiesti flussi d'aria la bassa temperatura richiede catalizzatori costosi; alta sensibilità alle impurità del combustibile catalizzatori al Pt; bassa corrente e potenza; alta taglia/peso alta temperatura favorisce corrosione e rottura di componenti della cella alta temperatura favorisce rottura componenti della cella combustibili H H H H / CO H / CO / CH 4 reforming external external external external / internal external / internal ossidante O O / aria O / aria CO / O / aria O / aria Tabella 1.1 Prestazioni delle celle a combustibile 19
1.3.1 PEM (Proton Membrane Exchange) Le pile a combustibile con membrana di scambio protonico sono conosciute anche come SPFC (Solid Polymer Fuel Cell) e PEFC (Proton Exchage Fuel Cell). Funzionamento: Fase 1: I due gas, ossigeno ed idrogeno, tenuti separati in due circuiti, migrano dal serbatoio ai catalizzatori, l ossigeno verso il catodo e l idrogeno verso l anodo. Fase : Le molecole di idrogeno ( H ) vengono decomposte, dal catalizzatore, in due atomi H + cede il suo elettrone. (protoni) e, in questo processo, ciascuno degli atomi di idrogeno Fase 3 : I protoni attraversano l elettrolita (membrana) e raggiungono la parte del catodo. Fase 4 : Gli elettroni entrano dalla parte dell anodo, attraverso un circuito esterno, e generano una corrente elettrica che alimenta un utenza. Fase 5 : A contatto con il catodo, dove si trova l ossigeno, sempre quattro elettroni si ricombinano con una molecola di ossigeno. Fase 6 : Gli ioni che si sono formati hanno una carica negativa e migrano verso i protoni con carica positiva. Fase 7 : Gli ioni di ossigeno cedono le loro due cariche negative a due protoni e reagendo con questi si forma acqua, completando l intero processo. Le reazioni caratterizzanti il processo sono le seguenti: + Reazione all anodo : H = H + e (1.7) 1 Reazione al catodo : O + H + + e = H O (1.8) 1 Totale : H + O = HO (1.9) Pertanto (fig. 1.10), il gas di idrogeno viene ionizzato producendo elettroni liberi e ioni H +. Gli elettroni percorrono il circuito esterno della cella e arrivano al catodo. Gli ioni H + si muovono attraverso la soluzione elettrolitica e arrivano anch'essi al catodo. Nel catodo gli ioni H + e gli elettroni reagiscono con l'ossigeno producendo acqua. 0