Sviluppato un elettrocatalizzatore per pile a combustibile a idrogeno più stabile e duraturo.
di Lisa Ovi
L’idrogeno, l’elemento più abbondante nell’universo, potrebbe alimentare mezzi di trasporto, centrali elettriche e rappresentare una riserva di energia rinnovabile a zero emissioni ideale nella lotta ai cambiamenti climatici. Il suo unico sottoprodotto è l’acqua) ed un numero crescente di aziende in tutto il mondo sta studiando la possibilità di farne uso. Ad oggi, l’avvento dell’economia dell’idrogeno è stato frenato dagli alti costi degli investimenti necessari alle infrastrutture e allo studio soluzioni per lo stoccaggio dell’energia, come le batterie.
Non si può sottovalutare l’importanza delle pile a combustibile nel campo dell’elettromobilità. Nel caso delle celle per veicoli a idrogeno, servono elettrocatalizzatori più efficienti nella generazione di elettricità rispetto a quelli attualmente esistenti. La durata dei catalizzatori in lega di platino è uno dei grossi limiti allo sviluppo delle celle a combustibile.
I catalizzatori di nanoparticelle di platino-cobalto oggi in uso hanno buone proprietà catalitiche e richiedono un quantitativo minimo di raro e costoso platino. Le minuscole particelle di platino-cobalto sono applicate ad un materiale conduttivo di supporto carbon carrier. La corrosione a cui vanno soggette sia le nanoparticelle che il carbonio nella pila provocano la perdita d’efficienza e l’instabilità delle celle a combustibile.
Una squadra di ricercatori internazionale guidata dal professor Matthias Arenz dell’Università di Berna è riuscita a produrre un elettrocatalizzatore senza carbon carrier. Secondo i ricercatori, il nuovo catalizzatore raggiungerebbe prestazioni elevate e stabili anche a temperature e densità di corrente elevate. I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Nature Materials. Lo studio è frutto di una collaborazione internazionale tra l’Università di Berna, l’Università di Copenaghen e il Leibniz Institute for Plasma Science and Technology. I ricercatori hanno utilizzato anche l’infrastruttura Swiss Light Source (SLS) del Paul Scherrer Institute.
L’idrogeno è più un vettore energetico, come l’elettricità, che una fonte energetica primaria, come il petrolio. In una cella a combustibile a idrogeno, l’idrogeno viene suddiviso in protoni caricati positivamente ed elettroni caricati negativamente. Gli elettroni fluiscono attraverso l’elettrodo e generano corrente elettrica all’esterno della cella per alimentare, ad esempio, il motore di un veicolo. I protoni passano attraverso una membrana che è permeabile solo ai protoni e reagiscono sull’altro lato su un secondo elettrodo rivestito con un catalizzatore (qui da una rete di lega di platino-cobalto) con l’ossigeno dell’aria, producendo così il vapore acqueo che verrà scaricato dalla ‘marmitta’.
Affinché la cella a combustibile produca elettricità, entrambi gli elettrodi devono essere rivestiti con un catalizzatore. Tuttavia, le nanoparticelle di platino-cobalto del catalizzatore rischiano di “fondersi”, riducendo così la superficie del catalizzatore e l’efficienza della cella. Anche il carbonio normalmente utilizzato per fissare il catalizzatore può corrodersi nel traffico stradale.
I ricercatori hanno sfruttato un processo chiamato cathode sputtering, che permette di atomizzare un materiale (in questo caso il platino o cobalto) mediante bombardamento di ioni. Gli atomi gassosi rilasciati quindi si condensano come uno strato adesivo. È cos’ possibile ottenere una struttura molto porosa, che conferisce al catalizzatore un’elevata area superficiale e rende superfluo il supporto di un carbon carrier.
Il processo è applicabile a livello industriale e può essere utilizzato per ottimizzare i veicoli alimentati con pile a combustibile ad emissioni zero.
(lo)
