La presente mini lezione non ha la pretesa d’essere esaustiva a proposito dei principi di funzionamento delle celle a combustibile, ma vuole fornire una base per comprendere come le diverse tipologie di fuel cells sono adatte alla trasformazione dei diversi combustibili tramite gli appropriati dispositivi di conversione. Ognuno svolge e potrebbe svolgere un ruolo più o meno importante nel prossimo futuro.
Come una normale pila, la cella combustibile ha un anodo e un catodo. I processi quali l’ossidazione (ad esempio H2 à H+ all’anodo) o la riduzione che avvengono sui due elettrodi determinano la potenza elettrica della cella. Siccome, come avviene per la pila, una singola cella riesce a generare solo una limitata e piccola differenza di potenziale (d.d.p., misurata in Volt [V] ) e la corrente che passa è ben determinata (la polarizzazione determina un ben preciso limite di prestazione), le fuel cell sono generalmente collegate in serie e/o parallelo in modo tale da raggiungere il voltaggio (differenza di potenziale) e l’intensità di corrente (i, misurata in Ampere [A]) desiderati.
In modo semplificato, il prodotto del d.d.p. per i costituisce la potenza elettrica della cella.
Nello schema semplificato si può comprendere il funzionamento di una cella alcalina al’’idrogeno-ossigeno, del tipo analogo a quella concepita inizialmente da Grove nel 1832. Questo concetto è alla base della fuel cell a membrana di polimero elettrolita (PEM, Proto Exchange Membrane Fuel Cell). Le celle a combustibile si differenziano a seconda del tipo di elettrolita che utilizzano. Tutte, tranne pochi casi, fruttano alcune reazioni di ossido-riduzione: ossidazione dell’idrogeno a H+ all’anodo e riduzione dell’ H+ ad H2O al catodo.