I ricercatori della Washington State University hanno sviluppato un nuovo modo per realizzare prodotti a basso costo, catalizzatori a singolo atomo per celle a combustibile, un progresso che potrebbe rendere più economicamente fattibile un'importante tecnologia per l'energia pulita.

Il loro lavoro è pubblicato nel Materiali energetici avanzati rivista.

Le celle a combustibile a idrogeno sono fondamentali per l'economia dell'energia pulita in quanto sono più di due volte più efficienti nella creazione di elettricità rispetto ai motori a combustione inquinanti. Il loro unico prodotto di scarto è l'acqua.

Però, il prezzo elevato dei catalizzatori a base di platino utilizzati per la reazione chimica nelle celle a combustibile ne ostacola notevolmente la commercializzazione.

Al posto del raro platino, i ricercatori vorrebbero utilizzare metalli non preziosi, come ferro o cobalto. Ma le reazioni con questi metalli abbondantemente disponibili tendono a smettere di funzionare dopo poco tempo.

"I catalizzatori a basso costo con elevata attività e stabilità sono fondamentali per la commercializzazione delle celle a combustibile". disse Qiurong Shi, ricercatore post-dottorato presso la Scuola di Ingegneria Meccanica e dei Materiali (MME) e co-primo autore dell'articolo.

Recentemente, i ricercatori hanno sviluppato catalizzatori a singolo atomo che funzionano bene sia in laboratorio che con l'uso di metalli preziosi. I ricercatori sono stati in grado di migliorare la stabilità e l'attività dei metalli non preziosi lavorando con loro su scala nanometrica come catalizzatori a singolo atomo.

In questo nuovo lavoro, il gruppo di ricerca della WSU, guidato da Yuehe Lin, un professore MME, utilizzato sali di ferro o cobalto e la piccola molecola glucosamina come precursori in un semplice processo ad alta temperatura per creare i catalizzatori a singolo atomo. Il processo può ridurre significativamente il costo dei catalizzatori e potrebbe essere facilmente scalato per la produzione.

I catalizzatori ferro-carbonio che hanno sviluppato erano più stabili dei catalizzatori al platino commerciali. Hanno anche mantenuto una buona attività e non si sono contaminati, che è spesso un problema con i metalli comuni.

"Questo processo ha molti vantaggi, " disse Chengzhou Zhu, un primo autore sulla carta che ha sviluppato il processo ad alta temperatura. "Rende fattibile la produzione su larga scala, e ci consente di aumentare il numero e aumentare la reattività dei siti attivi sul catalizzatore."

Il gruppo di Lin ha collaborato al progetto con Scott Beckman, un professore associato MME alla WSU, così come con i ricercatori di Advanced Photon Source presso l'Argonne National Laboratory e il Brookhaven National Laboratory per la caratterizzazione dei materiali.

"La struttura utente per la caratterizzazione dei materiali avanzati presso i laboratori nazionali ha rivelato i siti a singolo atomo e le parti attive dei catalizzatori, che ha portato alla migliore progettazione dei catalizzatori, " disse Lin.