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Un design liquido per celle a combustibile più economiche
Il platino rimane il materiale migliore per accelerare le reazioni chimiche nelle celle a combustibile a idrogeno, sebbene la scarsità e il costo di questo elemento impediscano alle celle a combustibile di diventare più convenienti e pratiche. La maggior parte degli approcci alternativi prevede semplicemente la sostituzione del platino negli elettrodi. Ora una società del Regno Unito si chiama ACAL Energia ha rivisto il design delle celle a combustibile per ridurre la quantità di platino utilizzata dell'80%.
Design liquido : All'interno delle pile a combustibile di ACAL Energy, il catodo viene sostituito con una soluzione catalitica priva di platino, che potrebbe ridurre i costi del 40%.
In una cella a combustibile convenzionale, il platino è incorporato in elettrodi di carbonio porosi. Il design di ACAL lo sostituisce con una soluzione contenente molibdeno e vanadio a basso costo come catalizzatore. La cella a combustibile risultante funziona come una convenzionale, ma dovrebbe costare il 40% in meno, afferma l'azienda.
ACAL afferma che il suo design offre densità di potenza di 600 milliwatt per centimetro quadrato a 0,6 volt. Il valore di riferimento per le celle a combustibile per autoveicoli è 900 milliwatt per centimetro quadrato, afferma Hubert Gasteiger , professore in visita di ingegneria meccanica al MIT. ACAL afferma inoltre che la sua cella a combustibile funziona senza pressione: l'aggiunta di pressione dovrebbe aumentare ulteriormente la densità di potenza.
La densità di potenza del nuovo sistema potrebbe raggiungere 1,5 watt per centimetro quadrato, afferma Andrew Creeth, co-fondatore e chief technology officer di ACAL. Crediamo che ci stiamo avvicinando a un prodotto commerciabile, dice.
L'azienda ha già realizzato un sistema da un kilowatt che intende vendere a clienti selezionati il prossimo anno e le celle a combustibile dovrebbero essere disponibili più ampiamente nel 2011. Il piano è di mirare prima al mercato dei generatori diesel con uno a 10 kW, quindi passare ad applicazioni più grandi come la produzione di energia domestica e le auto elettriche.
Il platino in una cella a combustibile a membrana polimerica, la scelta migliore per generatori e auto elettriche, divide l'idrogeno in ioni ed elettroni all'anodo e li aiuta a combinarsi con l'ossigeno al catodo per formare acqua. Ma il platino è in quantità limitata, con un costo medio di $ 1.200 l'oncia negli ultimi tre anni. E il prezzo rischia di salire alle stelle se il platino diventasse pesantemente utilizzato nelle celle a combustibile, aggiunge Douglas MacFarlane , professore di chimica alla Monash University di Melbourne, in Australia, che sta anche sviluppando catalizzatori alternativi per celle a combustibile.
Le celle a combustibile di oggi utilizzano 0,5 grammi di platino per ogni kilowatt di energia generata, afferma Gasteiger, ma l'obiettivo a lungo termine è utilizzare meno di 0,2 grammi di platino per ogni kilowatt.
Molti gruppi di ricerca sono in corsa per produrre celle a combustibile che utilizzano poco o nessun platino, sostituendo il platino con un metallo a basso costo è l'approccio più comune. Sono stati entrambi testati catalizzatori a base di ferro e miscele di platino-palladio e MacFarlane ha realizzato elettrodi porosi rivestiti con polimeri. Altri, come il Giappone Daihatsu e i ricercatori dell'Università di Wuhan in Cina, stanno realizzando celle a combustibile alcaline dotate di membrane che conducono ioni alcalini anziché acidi. Questi progetti funzionano bene con catalizzatori economici come il nichel e non richiedono catalizzatori in metalli preziosi. Ma tutte queste alternative al platino hanno degli svantaggi: in genere danno basse densità di corrente o le loro prestazioni si degradano dopo poche centinaia di ore.
Il catalizzatore di ACAL Energy si basa su una miscela a basso costo di molibdeno e vanadio e la membrana polimerica della cella a combustibile è a diretto contatto con questo catodo liquido. Circa l'80% del platino utilizzato in una cella convenzionale si trova nel catodo, che viene eliminato nel nuovo design.
Creeth afferma che il nuovo catalizzatore è stabile e può resistere alle condizioni acide nella cella a combustibile. Nei test aziendali, le celle a combustibile hanno funzionato bene per oltre 1.500 ore. Il design ha altri vantaggi che riducono i costi, dice. Mentre gli stack di celle a combustibile convenzionali devono essere raffreddati con liquido o aria che scorre e hanno anche bisogno di un sistema per umidificare la membrana, il catalizzatore liquido elimina la necessità di entrambi. Riteniamo che il nostro sia il sistema senza platino con le migliori prestazioni, afferma Creeth.