I ricercatori dell'Università della California, Riverside, hanno sviluppato un materiale catalitico alternativo economico ed efficiente per celle a combustibile, una fonte di energia più pulita del gas naturale o del carbone.

Il loro articolo è pubblicato in Piccolo.

Una cella a combustibile utilizza combustibili, come l'idrogeno, per produrre energia più pulita ed efficiente rispetto alle tradizionali fonti di combustione. Inoltre, ha una vasta gamma di applicazioni, dall'esecuzione di un'intera centrale elettrica di utilità alla gestione di un singolo laptop.

Ad esempio, nel settore automobilistico, rispetto ai veicoli convenzionali a benzina, i veicoli alimentati da celle a combustibile a idrogeno offrono vantaggi come maggiore efficienza, funzionamento più silenzioso e minori emissioni da 50 o anche 90 percento.

Nonostante tutti i lati positivi, le industrie sono lente nell'adottare completamente le celle a combustibile. Perché? I soldi. Il componente chiave della pila a combustibile, il platino, è un metallo raro molto costoso.

"In precedenza avevo lavorato nell'industria, dove mi sono concentrato sulla creazione di materiali efficienti per celle a combustibile e batteria", ha affermato David Kisailus, il ricercatore principale e il professore di Winston Chung Energy Innovation presso UCR's Marlon e Rosemary Bourns College of Engineering. "Durante questo periodo, era noto che il costo era uno dei principali fattori che limitavano lo sviluppo delle celle a combustibile e che il platino era il componente principale che faceva salire i costi. Quindi, miravamo ad avere un catalizzatore più accessibile che potesse funzionare bene come il platino ".

Cosa è coinvolto

Attraverso una tecnica chiamata elettrofilatura, i ricercatori hanno creato fogli sottili di carbonio nanofibre di carta, fatti di ioni metallici, come il cobalto, che è più di 100 volte più economico del platino. Quando riscaldati, gli ioni nei fogli formavano nanoparticelle di metallo ultrafini che catalizzavano la trasformazione del carbonio in un carbonio grafitico ad alte prestazioni.

Questo materiale catalizzatore produce una cella a combustibile chiamata membrana elettrolitica polimerica (PEM), che trasforma l'energia chimica dell'idrogeno in elettricità. È uno dei più promettenti tipi di celle a combustibile per alimentare auto ed elettronica.

Durante l'utilizzo di ioni metallici relativamente abbondanti e più economici, come il cobalto, questo materiale catalitico ha funzionato bene come il platino.

"La chiave per le alte prestazioni dei materiali che abbiamo creato è la combinazione delle condizioni di lavorazione della chimica e della fibra", ha detto Kisailus in una nota. "Le notevoli proprietà elettrochimiche sono state principalmente attribuite agli effetti sinergici ottenuti dall'ingegneria dell'ossido di metallo con siti attivi esposti e dalla struttura geritica gerarchica porosa di 3D."

Abbassare il prezzo delle auto a celle a combustibile

Secondo Kisailus, la natura delle fibre grafitiche del materiale aggiunge ulteriore resistenza e durata, consentendo di utilizzarlo sia come catalizzatore a celle a combustibile che potenzialmente come componente strutturale.

Ad esempio, con il nuovo materiale catalitico, le case automobilistiche possono essere autorizzate a trasformare i componenti strutturali di un veicolo, come il suo cofano, in elementi funzionali che aiutano le auto elettriche.

"Una sfida importante nella realizzazione di veicoli ad alte prestazioni è la riduzione del peso, sia dal corpo del veicolo sia dal peso extra della batteria o della cella a combustibile, senza compromettere la sicurezza o le prestazioni", ha dichiarato Kisailus in una nota.

Ma, per lo meno, questo nuovo materiale, realizzato con metalli molto più economici del platino, consentirà alle case automobilistiche di costruire veicoli a celle a combustibile a prezzi accessibili.

"Non affermiamo che il nuovo catalizzatore creerà auto più efficienti, ma le renderà accessibili e quindi più accessibili al pubblico in generale", ha affermato Kisailus.

I ricercatori stanno progettando di ridimensionare la loro tecnologia.  

"Vogliamo essere sicuri di poter produrre grandi quantità di questi materiali pur mantenendo le prestazioni", ha affermato Kisailus. "Da quando l'articolo è stato pubblicato, tre società mi hanno già contattato per lavorare insieme. Stiamo considerando una start-up adesso. "