Immagine TEM (tunneling electron microscopio) di un nanotubo di carbonio decorato con cluster di platino (colore brillante). Credito:Università Aalto
Il platino è un metallo molto costoso ed è quindi uno dei colli di bottiglia che ostacolano la crescita delle energie rinnovabili. Il platino viene utilizzato come catalizzatore negli elettrolizzatori che immagazzinano energia elettrica sotto forma di composti chimici, e svolge anche un ruolo importante nelle celle a combustibile, convertitori catalitici e molti processi chimici utilizzati nell'industria.
Un gruppo di ricercatori della Aalto University guidati dai professori Tanja Kallio e Kari Laasonen ha sviluppato un metodo di produzione per elettrocatalizzatori che utilizza solo un centesimo della quantità di platino generalmente utilizzata nei prodotti commerciali. L'attività svolta utilizzando il nuovo materiale è simile a quella degli elettrocatalizzatori commerciali. Il metodo si basa sulle caratteristiche speciali dei nanotubi di carbonio.
"Quando il platino viene elettrodepositato sulla superficie dei nanotubi di carbonio, forma particelle costituite da una coppia di atomi. Su altri materiali, come il grafene, il platino forma nanoparticelle più grandi', Tanja Kallio spiega.
"Crediamo che ciò sia dovuto al fatto che gli atomi di carbonio della superficie curva sono in uno stato teso, che li rende inclini a stabilizzare il platino sulla superficie del nanotubo. Ciò garantisce che gli atomi di platino formino particelle piccole e cataliticamente attive. Il nostro modello ha mostrato che più i legami di carbonio sono tesi, migliore è la stabilizzazione del platino. I tubi più piccoli sono più curvi, che aumenta lo sforzo, quindi anche il diametro dei nanotubi è importante.'
DFT (teoria del funzionale della densità) suggerisce che i nanotubi di carbonio stabilizzano i singoli atomi di platino e che la reazione di evoluzione dell'idrogeno avviene in modo più efficiente sulle loro superfici, rispetto alle nanoparticelle di platino convenzionali. Credito:Università Aalto
Un terzo del prezzo
Gli elettrolizzatori immagazzinano energia elettrica sotto forma di energia del legame idrogeno. In pratica, questo meccanismo viene utilizzato per immagazzinare energia fluttuante, come l'energia eolica, e bilanciare la differenza tra domanda e produzione. Poiché l'elettrocatalizzatore costituisce circa un terzo del prezzo dell'elettrolizzatore, la riduzione della quantità di platino necessaria renderebbe il processo notevolmente meno costoso.
'Oltre al prezzo del platino, anche la disponibilità del metallo è un problema. Il platino è nell'elenco UE delle materie prime critiche, il che significa che il suo utilizzo è problematico o per la sua scarsità o per problemi geopolitici. Ecco perché l'UE punta a ridurre l'uso del platino', Kallio afferma e sottolinea che finora la funzionalità dell'elettrocatalizzatore sviluppato presso l'Università di Aalto è stata dimostrata solo in condizioni di laboratorio.
'In condizioni su piccola scala e a temperatura ambiente, l'elettrocatalizzatore è stabile e utilizzabile per lungo tempo. Il prossimo passo è aumentare la scala di produzione e testare la funzionalità dell'elettrocatalizzatore in applicazioni pratiche, che sono spesso effettuate a una temperatura più elevata.'
