Un team di ingegneri della Washington University di St. Louis, Missouri, ha sviluppato un Nuovo metodo per esaminare il tasso di ossidazione (o guasto centrale) nelle celle a combustibile, che potrebbe rivoluzionare i dispositivi alimentati a batteria, come laptop, telefoni cellulari e automobili.

Le celle a combustibile generano elettricità utilizzando tipicamente l’idrogeno come combustibile e l’aria come ossidante, quindi sono forme di energia più pulite.

Ogni cella a combustibile ha un elettrolita, che trasporta le particelle caricate elettricamente da un elettrodo all'altro, e un catalizzatore per accelerare le reazioni degli elettrodi. L'elettrolita svolge un ruolo importante nel consentire il passaggio degli ioni appropriati e, infine, fornire la corretta reazione chimica.

"Se acquisti un dispositivo, un'auto, un cellulare, vuoi che duri il più a lungo possibile", ha affermato Vijay Ramani, Roma B. e Raymond H. Wittcoff Distinguished Professor di Ambiente ed Energia presso la Facoltà di Ingegneria e Scienze Applicate dell'Università, in una dichiarazione.

Il problema è, la durata e il successo di una cella a combustibile sono influenzati dall'ossidazione, o rottura, della sua membrana elettrolitica centrale, che può portare alla formazione di buchi nella membrana e causare un cortocircuito chimico.

Per ovviare a questo inconveniente, i ricercatori utilizzano la spettroscopia di fluorescenza all’interno della cella a combustibile per osservare la formazione di sostanze chimiche, vale a dire i radicali liberi, che sono responsabili dell’ossidazione della membrana elettrolitica e fornire potenziali soluzioni al problema.

"La spettroscopia a fluorescenza si basa sulla capacità innata di alcune molecole (sonde fluorescenti) di assorbire la luce di una particolare lunghezza d'onda e, dopo un breve periodo di tempo, emettere luce in una serie di diverse lunghezze d'onda che costituiscono lo spettro di emissione unico di quella molecola", ha affermato Ramani .

Queste molecole sono molto delicate e alcune sono estremamente sensibili ai radicali liberi altamente reattivi. Quando interagiscono con il radicale libero, la loro intensità di fluorescenza diminuisce ad una velocità proporzionale alla velocità di interazione molecolare con il radicale. Pertanto, questo tasso di diminuzione informa i ricercatori della concentrazione di radicali liberi nel sistema di prova, consentendo loro di quantificare i radicali liberi responsabili dell'ossidazione.

“Poiché i radicali liberi che causano la degradazione della membrana delle celle a combustibile sono di breve durata e le membrane a scambio anionico sono così sottili, il nostro nuovo approccio in situ è ​​fondamentale per studiare, comprendere e prevenire meglio i guasti chimici che si verificano durante le celle a combustibile”. operazione”, ha affermato Javier Parrondo, ricercatore post-dottorato e coautore della ricerca in una dichiarazione.

Nei prossimi mesi, i ricercatori intendono introdurre sostanze chimiche antiossidanti all’interno delle membrane delle celle a combustibile alcaline per vedere se riescono a ridurre la velocità con cui le membrane si rompono.

“Questo lavoro ci fornisce una comprensione approfondita del tasso di generazione dei radicali anionici superossido e di altri ROS (specie reattive dell’ossigeno) compatibili con gli alcali nel funzionamento di celle a combustibile elettrolitiche polimeriche alcaline”, ha affermato Ramani. “Questa comprensione ci consentirà di progettare adeguate strategie di mitigazione che miglioreranno la durata dei separatori a membrana a scambio anionico prevenendo la loro degradazione ossidativa”.

La carta è pubblicata in chemsuschem.

Il gruppo di ricerca comprende anche Yunzhu Zhang, dottorando nel laboratorio di Ramani e coautore della ricerca, e Shrihari Sankarasubramanian, dottorando ricercatore.