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Una fantastica micro cella a combustibile
Le celle a combustibile ad ossido solido funzionano in modo efficiente con un'ampia varietà di combustibili convenzionali e biocarburanti, ma le loro elevate temperature di esercizio ne hanno limitato le applicazioni. Molti ricercatori stanno lavorando su questo problema, sviluppando nuovi materiali per elettrodi ed elettroliti che funzionano a temperature più basse senza compromettere le prestazioni. Ora i ricercatori in Giappone hanno dimostrato una micro cella a combustibile ad alte prestazioni che opera a temperature più basse, grazie a un elettrodo ristrutturato.
Carburante freddo: Questa cella a combustibile ad ossido solido ha una potenza di un watt a 600 gradi Celsius ed ha un diametro di circa due millimetri. Le sue dimensioni e la temperatura operativa potrebbero renderlo una fonte di alimentazione adatta per dispositivi portatili ad avvio rapido.
La cella è adatta per fonti di alimentazione portatili, che richiedono un avvio rapido, nonché alimentazione ausiliaria per i veicoli, afferma Toshio Suzuki, ricercatore presso l'Istituto nazionale giapponese di Scienze e tecnologie industriali avanzate . Suzuki ha guidato lo sviluppo della nuova cella a combustibile, descritta oggi sulla rivista Scienza . La cella è a forma di tubo e di circa due millimetri di diametro; la sua potenza è di circa un watt a 600 gradi Celsius. Le celle a combustibile convenzionali ad ossido solido funzionano a temperature superiori a 700 gradi.
Le celle a combustibile ad ossido solido generano una corrente elettrica estraendo ossigeno dall'aria e utilizzandolo per ossidare il carburante. L'ossigeno passa dal lato del catodo, il carburante dal lato dell'anodo; i due reagiscono nell'elettrolita e formano acqua e anidride carbonica come prodotti di scarto, a seconda del tipo di combustibile. Questa reazione è più efficiente dei generatori convenzionali. Le celle a combustibile ad ossido solido sono anche più efficienti dell'altro tipo predominante di celle a combustibile, che utilizza costosi catalizzatori al platino e una membrana polimerica che può essere contaminata e funziona solo con combustibile a idrogeno.
Le celle a combustibile ad ossido solido sono più flessibili, più potenti e non hanno il problema di contaminarsi, afferma Eric Wachsman , direttore del Florida Institute for Sustainable Energy e cattedra di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università della Florida. Il problema con questi dispositivi, afferma Wachsman, sono le temperature di esercizio. Ciò significa che può essere necessario un lungo tempo di riscaldamento e non è possibile utilizzarne uno in un telefono cellulare. Le alte temperature causano anche l'usura della cella della batteria.
Il gruppo di Suzuki ha creato una fonte di alimentazione con una temperatura operativa più bassa migliorando la struttura dell'anodo, dove entra il carburante. Il gruppo giapponese ha utilizzato tecniche convenzionali tra cui litografia e incisione per realizzare anodi con vari gradi di porosità. L'anodo con le prestazioni migliori era una struttura molto porosa a base di ossido di nichel, un materiale convenzionale per questi elettrodi. Suzuki afferma di aver scelto di utilizzare materiali esistenti perché le loro prestazioni nel tempo sono state dimostrate. Questi sono materiali affidabili per la stabilità a lungo termine e presentano un vantaggio in termini di costi rispetto ad altri nuovi materiali per celle a combustibile a ossido solido a bassa temperatura, spiega.
La prestazione è senza dubbio abbastanza buona, dice Harry Tuller , professore di ceramica e materiali elettronici al MIT. Questo è un bel studio sistematico che mostra l'impatto evolutivo dei miglioramenti dimostrati nell'elettrodo, dice. Tuttavia, Tuller avverte che gli elettrodi e l'elettrolita sono drogati con piccole quantità di materiali costosi, che potrebbero aggiungere spese alle celle. L'anodo contiene, oltre all'ossido di nichel, una piccola quantità del raro elemento scandio.
Wachsman afferma che è difficile ridurre la temperatura di esercizio di queste celle senza compromettere la potenza. Sta anche lavorando su nuove strutture di elettrodi per celle a combustibile ad ossido solido. Utilizzando un diverso set di materiali e un approccio simile, Wachsman ha recentemente dimostrato una cella a combustibile con un anodo ristrutturato e un nuovo elettrolita per una potenza di due watt per centimetro quadrato a 650 gradi. Questo lavoro è descritto nella rivista Comunicazioni elettrochimiche .
Suzuki afferma che il suo gruppo sta discutendo con diverse aziende sulla commercializzazione delle celle.