Le celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) offrono un modo stabile ed efficiente per generare energia elettrochimica pulita, ma sono poco pratici per l'uso in dispositivi portatili a causa delle loro elevate temperature di esercizio. Una nuova strategia di progettazione e produzione sviluppata da Florencia Edith Wiria dell'A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology e da Pei-Chen Su della Nanyang Technological University potrebbe aiutare a spingere le SOFC nell'uso mainstream1.

Le SOFC su microscala potrebbero trasformare l'elettronica di consumo, fornendo più energia rispetto alle batterie esistenti in modo ecologico. L'argento è un'alternativa attraente e conveniente ai costosi catodi di platino impiegati negli attuali progetti di micro-SOFC. Ma gli elettrodi d'argento si sciolgono, quindi non possono mantenere la struttura porosa fine richiesta per un'efficiente reazione elettrochimica al 500-1, Intervallo di temperatura di 000 gradi Celsius a cui generalmente operano questi dispositivi. Wiria e Su hanno quindi cercato di sviluppare una versione resistente al calore di questo sistema.

"Ciò consentirebbe l'estensione delle SOFC dalle tradizionali fonti di alimentazione fisse alle applicazioni portatili, " dice Wiria.

Wiria e Su hanno usato una strategia chiamata "infiltrazione di sostanze chimiche umide", in cui hanno rivestito sottili film d'argento con uno strato di ceria drogata con samario (SDC). criticamente, il loro approccio ha fatto uso di una stampante 3D, conferendo un controllo squisito sul design dell'elettrodo. "Volevamo sfruttare la capacità di stampare bene, strutture complesse per realizzare generatori di varie forme, " dice Wiria. I film d'argento risultanti hanno mantenuto la struttura su scala nanometrica desiderata, ma erano anche protetti da uno strato cristallino di SDC.

Mentre i film d'argento convenzionali si scioglievano rapidamente in un aggregato informe quando le temperature superavano i 300-400 gradi Celsius, i film infiltrati da SDC sono rimasti sostanzialmente invariati anche a 500 gradi Celsius. Questa migliorata integrità del catodo si è tradotta in solide prestazioni delle celle a combustibile dopo più di un giorno di funzionamento continuo, con prestazioni che hanno persino superato gli elettrodi di platino. "Abbiamo notevolmente migliorato la stabilità termica delle celle a combustibile ad ossido solido con catodi d'argento nanoporosi dall'attuale degrado del 73,6% a solo il 7,9%, " dice Wiria.

L'analisi microscopica ha confermato che la microstruttura dell'elettrodo è rimasta in gran parte intatta anche dopo questo test, e i catodi infiltrati hanno mostrato solo una modesta degenerazione aggiuntiva dopo 60 ore di funzionamento.

Questo lavoro promette di estendere notevolmente l'utilità delle SOFC su microscala, e Wiria e Su stanno esaminando ulteriori modifiche che potrebbero conferire stabilità e flessibilità ancora maggiori ai loro progetti di catodo. "Stiamo attualmente cercando di utilizzare un metodo 'core-shell' per incapsulare completamente le nostre nanoparticelle d'argento, " spiega Wiria, "e esaminando altri metodi di stampa 3D per produrre SOFC infiltrati da SDC".