• Automotive
• Concentrazione
• Fuel Cell
• Idrogeno
• Sensore

Nell’elaborato viene affrontato un problema specifico delle Proton
Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs): l’accumulo di azoto causato dal
trasferimento delle molecole dal catodo verso l’anodo. Le PEM sfruttano una
membrana polimerica elettrolitica per il trasferimento di ioni H+ dall’anodo al
catodo dove avviene la loro riduzione con ossigeno. Questa membrana è però
permeabile anche alle molecole di azoto che sono contenute nel flusso di aria
inviato al catodo. Il gas, essendo inerte alle temperature a cui opera la Fuel
Cell, si accumula all’anodo riempendo gli interstizi della membrana polimerica e impedendo il passaggio di ioni idrogeno al catodo: di fatto si oppone alla reazione.
Al fine di eliminare l’accumulo di azoto all’anodo è necessario effettuare uno
spurgo tramite una purge valve che può essere controllato secondo diverse strategie.
Alcune ricerche di letteratura hanno mostrato che le soluzioni di spurgo più
efficienti sono quelle basate sul controllo della concentrazione di azoto/idrogeno nel canale di ricircolo della fuel cell. Per effettuarla è necessario disporre di un sensore di concentrazione H2/N2 che attualmente non sembra disponibile in commercio per applicazioni automotive. Il Gruppo Landi Renzo intende costruire in casa questo sensore. L’elaborato seguente presenta un lavoro di ricerca su possibili strategie/principi fisici di rilevamento idrogeno/azoto (Proof of concept) con successiva analisi critica, selezione dei principali candidati e validazione sperimentale. Inoltre si presenta un primo lavoro di pre-industrializzazione del componente e dimensionamento approssimativo di un prototipo.

In this dissertation is analyzed a specific problem of the Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs): the nitrogen’s accumulation at the anode. PEMFCs use a polymer electrolytic membrane for the transfer of H+ ions from the anode to the cathode. Unfortunately, the membrane is also permeable to the nitrogen molecules transported by the air flow inside the cathode. Nitrogen is inert to PEM’s working conditions, so it fills the cavities of the membrane. In this way the H+ ions can’t be transfered to the cathode and the reaction is blocked. In order to avoid this accumulation process, it is necessary to do a purge with a purge valve which can be controlled with different strategies. Some literature researches show that the most efficient purge solutions are those based on hydrogen/nitrogen concentration inside the recirculation channel. In order to apply this strategy an H2/N2 concentration sensor is needed. It seems not to be present in automotive market and Landi Renzo Group wants to design and produce it. In the following dissertion it will be explained the research done in order to find some possible physical principles for hydrogen/nitrogen detection. The best candidates will be critically analyzed, selected and verificated with sperimental tests (Proof of concept). Then an initial work of pre-industrialization and prototyping of the component will be shown.