Desi au trecut peste 150 de ani de la prima atestare a principiului lor de functionare, pilele de combustie nu sunt inca accesibile publicului larg, datorita pretului ridicat pe care il presupunea constructia lor. Prima lor utilizare semnificativa a avut loc in anul 1960, cand au devenit sursele principale de energie electrica in cadrul misiunilor spatiale din programul Gemini. Incepand din acel moment si continuand cu misiunile spatiale ce au urmat, pilele de combustie au fost din ce in ce mai folosite si s-au dovedit mai sigure decat reactoarele nucleare si mai ieftine decat celulele solare. Incepand din anii '90, a devenit evidenta importanta stiintifica si tehnica a pilelor de combustie si ele au patruns in prim planul tehnologiilor din domeniul energetic. Ca surse cu o mare densitate energetica, ele au devenit fezabile atat pentru aplicatii stationare, cat si pentru cele portabile.

De exemplu, firma ONSI Corporation din SUA, a introdus pe piata modelul stationar PC25 in 1992 si a vandut aproape 250 de exemplare pana in prezent. Acest model, nefiind dintre cele mai performante, functioneaza pe baza de gaze naturale si ofera o eficienta electrica de 40% si o eficienta totala (electrica si termica) de 80%, in conditiile unor emisii poluante extrem de mici. Intre timp, mai multe companii au lansat pe piata diferite tipuri de pile de combustie ce si-au demonstrat eficienta in diferite categorii de aplicatii. Avantajele lor, evidentiate teoretic si practic ii fac pe unii specialisti sa considere ca ele reprezinta una dintre cele mai importante surse de energie ale viitorului. Principalele lor avantaje sunt: eficienta marita, poluare aproape nula, functionare silentioasa si fiabilitate mult mai mare decat a motoarelor cu ardere interna, datorata unui numar redus de componente mobile.

Pila de combustie este o celula galvanica in care energia libera a unei reactii chimice este transformata in energie electrica. In cazul unei pile de combustie clasice, care functioneaza cu hidrogen si oxigen, reactia care are loc este:

Principiul de functionare al unei astfel de pile de combustie este redat in figura 1.

Figura 1

In majoritatea pilelor de combustie, reactantii folositi sunt hidrogenul si oxigenul aflate in stare gazoasa. Functionarea acestora este, in mare, urmatoarea: - hidrogenul este aplicat la anod iar oxigenul la catod; - fiecare reactant difureaza in electrodul corespunzator (realizat dintr-un material poros); - reactantii se ionizeaza; - unul dintre ioni migreaza prin electrolit catre electrodul opus; - are loc recombinarea ionilor si rezulta apa ca unic produs de reactie; - pentru a compensa conductia ionica ce are loc numai prin electrolit, prin circuitul exterior are loc o conductie electronica ce reprezinta curentul electric util al pilei de combustie; - reactia de la electrodul unde are loc recombinarea este exoterma, caldura rezultata fiind un alt produs (secundar) de reactie.

Pentru a putea compara pila de combustie cu alte sisteme de producere a energiei, ca de exemplu motorul cu ardere interna, este necesara o evaluare a randamentului sistemului. Pentru motorul cu ardere interna, randamentul maxim este exprimat prin randamentul ciclului Carnot:

unde T1 si T2 sunt doua temperaturi absolute in functionarea motorului termic. Pentru pila de combustie, randamentul maxim este exprimat prin variatia energiei libere Gibbs ( G) si variatia entalpiei ( H) in reactia electrochimica:

Reactia de baza intr-o pila de combustie este oxidarea unui combustibil, asa cum in pilele primare are loc, de regula, oxidarea unui metal. Randamentul pilelor de combustie este superior turbogeneratoarelor din centralele electrice actuale deoarece energia chimica este convertita direct in energie electrica si termica, cea din urma fiind, de regula, mai mica. Randamentul izotermic al reactiilor care au loc in pilele de combustie poate atinge si depasi, in mod teoretic, 80%. Acesta depaseste cu mult randarmentul teoretic al ciclulul Carnot, ce este de 30-50%. In practica, datorita polarizarii interne a pilei, a pierderilor rezistive etc., se obtin randamente electrice mai mici, doar de 50 -70 %, dar suficient de mari comparativ cu alte metode de conversie electrica a energiei termice.

O comparatie a randamentelor obtinute prin diferite modalitati de conversie a energiei chimice in energie electrica, cu sau fara trecerea prin energia mecanica, este prezentata in figura de mai jos:

Pilele de combustie sunt clasificate de obicei dupa tipul electrolitului folosit. O exceptie este DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) care este o pila de combustie in care metanolul este introdus direct in anod. Electrolitul acestei pile de combustie nu determina clasa din care face parte aceasta. O alta clasificare poate fi facuta in functie de temperatura de functionare. Exista astfel pile de combustie de joasa temperatura si de inalta temperatura. Pilele de combustie de joasa temperatura sunt AFC (Alkaline Fuel Cell), PEMFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell), DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) si PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell). Pilele de combustie de inalta temperatura functioneaza la 600-1000C. Aceste sunt de doua tipuri: MCFC (Molten Carbnate Fuel Cell) si SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). O scurta descriere a tuturor tipurilor de pile de combustie este data in tabelul din slide-ul urm tor.

Diferite tipuri de pile de combustieAFCTemperatura de functionare (C)

PEMFC 60-120

DMFC 60-120

PAFC 160-220

MCFC 600-800

SOFC 800-1000