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Cella a combustibile senza platino
Le celle a combustibile sono, in linea di principio, il modo più efficiente per convertire l'idrogeno in elettricità. Ma richiedono catalizzatori costosi come il platino per dividere l'idrogeno in ioni e corrente elettrica. I metalli più economici semplicemente non possono resistere al duro ambiente acido della cella a combustibile. Ora i ricercatori in Cina hanno sviluppato una cella a combustibile che utilizza un nuovo materiale a membrana per funzionare in condizioni alcaline, eliminando la necessità di un costoso catalizzatore. La potenza del nuovo prototipo, che utilizza il nichel come catalizzatore, è ancora relativamente bassa, ma fornisce una prima dimostrazione di una cella a combustibile potenzialmente molto meno costosa.
polimero di potenza: Un nuovo polimero, mostrato sotto forma di polvere in questa foto, può essere utilizzato per creare membrane stabili per celle a combustibile che conducono ioni caricati negativamente.
Le celle a combustibile convenzionali sono costituite da due elettrodi rivestiti con un catalizzatore al platino che divide il combustibile di idrogeno in ioni di idrogeno acidi ed elettroni. Gli elettrodi sono separati da una membrana polimerica che conduce gli ioni di idrogeno acido da un lato all'altro, creando una corrente elettrica esterna. La nuova cella a combustibile, sviluppata da ricercatori guidati da Lin Zhuang , professore di chimica all'Università di Wuhan, a Wuhan, in Cina, utilizza una nuova membrana che conduce ioni alcalini chiamati gruppi idrossilici. Le celle a combustibile alcaline funzionano facendo reagire idrogeno e ossigeno per creare ioni ossidrile e acqua, una reazione catalizzata nella cella a combustibile dell'Università di Wuhan dall'anodo di nichel. Gli ioni ossidrile sono condotti attraverso la membrana polimerica, generando una corrente elettrica esterna.
La maggior parte dei ricercatori si è concentrata sulle celle a combustibile acide perché sono già state sviluppate membrane che funzionano bene in tali condizioni. Una membrana a conduzione idrossile stabile è stata il Santo Graal dell'elettrochimica, afferma Robert Savinell , professore di ingegneria chimica alla Case Western Reserve University, a Cleveland. Una tale membrana consentirebbe ai ricercatori di costruire celle a combustibile e batterie che non richiedono catalizzatori di metalli preziosi ma possono utilizzare quelli più economici come il nichel.
Il polimero di Zhuang è paragonabile nella struttura al polimero altamente conduttivo Nafion utilizzato nelle celle a combustibile acide convenzionali. Potrebbe rivelarsi meno costoso del Nafion, che deve essere fortificato con gruppi fluorurati per proteggerlo dalle condizioni acide. Altri ricercatori stanno lavorando per migliorare la potenza e ridurre il costo delle celle a combustibile acido sviluppando alternative al Nafion, ma queste celle richiedono ancora catalizzatori costosi.
Il gruppo di Zhuang ha dimostrato la nuova membrana in una cella a combustibile alcalina che utilizza un catodo d'argento e un anodo di nichel che divide l'idrogeno come catalizzatore. I catalizzatori al nichel utilizzati nelle celle a combustibile alcaline precedentemente sviluppate non erano molto efficienti perché si ossidavano rapidamente, quindi le celle a combustibile alcaline hanno utilizzato gli stessi catalizzatori al platino delle loro controparti acide. I ricercatori di Wuhan hanno creato un anodo rivestito con nanoparticelle di nichel decorate con cromo che è più tollerante all'ossidazione rispetto ai precedenti catalizzatori di nichel.
La potenza della nuova cella a combustibile, circa 50 milliwatt per centimetro quadrato a 60 ºC, è modesta. Ma come prima dimostrazione di una cella a combustibile alcalina che non richiede costosi catalizzatori metallici, è un'importante prova di principio, dicono i ricercatori. Le celle a combustibile hanno una lunga strada da percorrere in termini di efficienza, stabilità a lungo termine e costi, afferma Frank DiSalvo , professore di scienze fisiche alla Cornell University, a Ithaca, NY. Questo lavoro migliora il kit di strumenti di ricerca di materiali che possiamo esplorare per vedere se possiamo garantire l'efficienza delle celle a combustibile, dice.
Zhuang afferma che lui e il suo gruppo stanno lavorando per migliorare la potenza della cella regolando ulteriormente il catalizzatore e la membrana. Dovranno anche dimostrare la stabilità a lungo termine della cellula. Riteniamo che presto verranno realizzati catalizzatori con maggiore attività e costi inferiori, afferma.