L'etanolo ha una densità energetica volumetrica cinque volte superiore (6,7 kWh/L) rispetto all'idrogeno (1,3 kWh/L) e può essere utilizzato in sicurezza nelle celle a combustibile per la generazione di energia. In Brasile, in particolare, c'è un grande interesse per migliori celle a combustibile per l'etanolo poiché quel paese distribuisce etanolo a basso costo prodotto in modo rinnovabile dalla canna da zucchero. Teoricamente, l'efficienza di una cella a combustibile a etanolo dovrebbe essere del 96 percento, ma in pratica alla massima densità di potenza è solo del 30 percento, a causa di una serie di motivi. Quindi c'è molto margine di miglioramento.

Nafion con nanoparticelle

Un team guidato dal dott. Bruno Matos dell'istituto di ricerca brasiliano IPEN sta quindi studiando nuove membrane composite per celle a combustibile a etanolo diretto. Una soluzione promettente è adattare nuovi materiali elettrolitici compositi a base di polimeri per sostituire l'elettrolita polimerico all'avanguardia come il Nafion. Matos e il suo team utilizzano un processo di estrusione a fusione per produrre membrane composite a base di Nafion con nanoparticelle di titanato aggiuntive, funzionalizzate con gruppi di acido solfonico.

Esperimenti infrarossi a BESSY II

Il team di Matos ha ora analizzato a fondo quattro diverse composizioni di membrane composite Nafion alla linea di luce a infrarossi IRIS a BESSY II. Le misurazioni della diffusione dei raggi X a piccolo angolo hanno confermato che le particelle di titanio stavano interagendo sinergicamente con la matrice ionomerica di Nafion.

Conducibilità protonica aumentata

Utilizzando la spettroscopia a infrarossi, hanno osservato che si formavano ponti chimici tra i gruppi di acido solfonico delle nanoparticelle funzionalizzate. Inoltre, seguendo il moto dei protoni lungo gli ammassi ionici, hanno trovato una maggiore conduttività protonica nella membrana composita, anche ad alte concentrazioni di nanoparticelle. "Questa è stata una vera sorpresa che non ci aspettavamo, "Dott.ssa Ljiljana Puskar, Dice lo scienziato HZB dell'IRIS-Beamline. La riduzione della conducibilità con l'incremento delle nanoparticelle è uno dei principali ostacoli che ritardano lo sviluppo di materiali compositi ad alte prestazioni. La maggiore conduttività del protone potrebbe consentire una migliore mobilità dei portatori di carica e quindi aumentare l'efficienza della cella a combustibile ad etanolo diretto.

Vantaggio dell'estrusione del fuso

"Questa membrana composita può essere prodotta mediante estrusione a fusione, che ne consentisse la produzione su scala industriale, " precisa Matos.