L'Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan della Corea del Sud ha introdotto nuove soluzioni a basso costo, celle a combustibile ad idrocarburi ad alta efficienza.

La commercializzazione della "cella a combustibile a gas naturale" è finalmente arrivata alla ribalta, grazie al recente sviluppo di materiali per elettrodi che mantengono la stabilità a lungo termine nei combustibili idrocarburici. Il vantaggio dell'utilizzo di questo materiale include l'utilizzo di metallo di transizione interno come ulteriore catalizzatore in una condizione operativa di cella a combustibile.

Questa svolta nasce da una ricerca, condotto dal professor Guntae Kim di ingegneria energetica e chimica presso l'UNIST in collaborazione con il professor Jeeyoung Shin della Sookmyoung Women's University, Professor Jeong Woo Han dell'Università di Seoul, Professor Young-Wan Ju dell'Università di Wonkwang, e il professor Hu Young Jeong dell'UNIST. I loro risultati, pubblicato online nel numero di giugno della prestigiosa rivista Comunicazioni sulla natura , sono emersi come il candidato promettente per la tecnologia delle celle a combustibile a ossido solido di idrocarburi diretti (SOFC) di prossima generazione.

Una cella a combustibile ad ossido solido (SOFC) è un dispositivo di conversione elettrochimica che produce elettricità ossidando un combustibile. SOFC è ancora oggetto di uno sviluppo abbastanza intenso per i suoi indimenticabili vantaggi competitivi di stabilità a lungo termine, un'elevata flessibilità del carburante, basse emissioni, oltre a costi relativamente bassi. Le SOFC sono una possibile cella a combustibile di prossima generazione, in quanto sono in grado di aumentare l'efficienza oltre il 90% quando si utilizza il calore di scarico. Però, la commercializzazione di successo delle SOFC è stata ritardata a causa del suo alto costo di produzione principalmente correlato allo sviluppo di materiali per elettrodi nelle celle a combustibile a idrocarburi.

Il professor Kim ha risolto il problema della protezione dell'idrogeno sviluppando un nuovo materiale anodico (catalizzatore) che può utilizzare direttamente gli idrocarburi, noti come liquidi di gas naturale (LGLs) e GPL, come combustibile di SOFC. Usando questo catachista di nuova concezione, SOFC può far funzionare la cella a combustibile senza convertire l'idrocarburo in idrogeno esternamente.

Nello studio, il team di ricerca ha proposto che i metalli di transizione vengano espulsi dal nuovo materiale anodico nell'atmosfera riducente. In genere, i metalli di transizione fungono da catalizzatore di ossidazione del carburante nelle SOFC. Hanno anche riferito che le nanoparticelle di Co e Ni disciolte sulla superficie della perovskite stratificata mostrano una buona stabilità senza una notevole degradazione. Inoltre la singola cella presenta 1.2 W/㎠ in H2 a 800 oC, indicando che le prestazioni sono due volte superiori a quelle del materiale dell'elettrodo convenzionale (0,6 W/㎠).

"Sebbene i materiali degli anodi esistenti abbiano dimostrato buone prestazioni iniziali, a causa della loro instabilità a lungo termine e del complesso processo di produzione, non potrebbero essere gestiti in modo affidabile quando si utilizza direttamente l'idrocarburo come combustibile, "dice il professor Kim, autore corrispondente dell'articolo. "Il nuovo materiale dell'anodo riduce il processo di produzione e mantiene una buona stabilità, che dovrebbe accelerare la commercializzazione della SOFC."

Secondo il gruppo di ricerca, i loro risultati forniscono una chiave per comprendere le tendenze di essoluzione nei metalli di transizione (Mn, Co, Ni e Fe) contenenti perovskiti e progettano ossidi di perovskite altamente catalitici per il reforming del combustibile e l'elettroossidazione.