Una nuova ricerca suggerisce che il grafene, prodotto in un modo specifico, potrebbe essere utilizzato per realizzare celle a combustibile a idrogeno più durevoli per le auto.

Nello studio, pubblicato oggi sulla rivista Nanoscala , scienziati hanno prodotto il grafene tramite uno speciale, tecnica scalabile e l'ha usata per sviluppare catalizzatori per celle a combustibile a idrogeno. Il gruppo di ricerca, coinvolgendo scienziati della Queen Mary University di Londra e dell'University College London (UCL), hanno mostrato che questo nuovo tipo di catalizzatore a base di grafene era più durevole dei catalizzatori disponibili in commercio e corrispondeva alle loro prestazioni.

Le celle a combustibile a idrogeno convertono l'energia chimica in energia elettrica combinando idrogeno e ossigeno con l'aiuto di catalizzatori. Poiché l'unico sottoprodotto della reazione è l'acqua, forniscono una fonte di alimentazione efficiente ed ecologica.

Il platino è il catalizzatore più utilizzato per queste celle a combustibile, ma il suo alto costo è un grosso problema per la commercializzazione delle celle a combustibile a idrogeno. Per affrontare questo problema, i catalizzatori commerciali sono tipicamente realizzati decorando minuscole nanoparticelle di platino su un supporto di carbonio più economico, tuttavia la scarsa durata del materiale riduce notevolmente la durata delle attuali celle a combustibile.

Ricerche precedenti hanno suggerito che il grafene potrebbe essere un materiale di supporto ideale per le celle a combustibile grazie alla sua resistenza alla corrosione, alta superficie e alta conduttività. Però, il grafene utilizzato nella maggior parte degli esperimenti fino ad oggi contiene molti difetti, il che significa che la resistenza migliorata prevista non è stata ancora raggiunta.

La tecnica descritta nello studio produce grafene di alta qualità decorato con nanoparticelle di platino in una sintesi one-pot. Questo processo potrebbe essere ampliato per la produzione di massa, aprendo l'uso di catalizzatori a base di grafene per applicazioni energetiche diffuse.

Professor Dan Brett, Professore di ingegneria elettrochimica presso l'UCL, ha dichiarato:"Soddisfare la domanda energetica globale senza danneggiare l'ambiente è una delle grandi sfide moderne. Le celle a combustibile a idrogeno possono fornire energia più pulita e sono già utilizzate in alcune auto come alternativa alla benzina o al diesel. Tuttavia, un grande ostacolo alla loro diffusa commercializzazione è la capacità dei catalizzatori di resistere a cicli estesi necessari per il loro utilizzo nelle applicazioni energetiche. Abbiamo dimostrato che utilizzando il grafene al posto del tipico carbonio amorfo come materiale di supporto possiamo creare catalizzatori ultra resistenti".

I ricercatori hanno confermato la durabilità del catalizzatore a base di grafene utilizzando un tipo di test basato su quelli raccomandati dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DoE), noti come stress test accelerati. Gli stress test accelerati sollecitano deliberatamente il catalizzatore rapidamente per molti cicli in un breve lasso di tempo, consentendo agli scienziati di valutare la stabilità di nuovi materiali senza doverli utilizzare in una cella a combustibile operativa per un periodo di mesi o anni.

Utilizzando questi test, gli scienziati hanno dimostrato che la perdita di attività nello stesso periodo di prova era inferiore di circa il 30% nel catalizzatore a base di grafene di nuova concezione, rispetto ai catalizzatori commerciali.

Angelo Gyen Ming, dottorato di ricerca studente e autore principale dello studio, dall'UCL, ha dichiarato:"Il DoE stabilisce test e obiettivi per la durata delle celle a combustibile, con uno stress test accelerato per simulare le normali condizioni operative e uno per simulare le alte tensioni sperimentate all'avvio e allo spegnimento della cella a combustibile. La maggior parte degli studi di ricerca nello spazio del grafene valuta solo utilizzando uno dei test consigliati. Però, poiché abbiamo grafene di alta qualità nel nostro materiale, siamo riusciti a ottenere un'elevata durata sia nei test che in lunghi periodi di test, importante per la futura commercializzazione di questi materiali. Non vediamo l'ora di incorporare il nostro nuovo catalizzatore nella tecnologia commerciale e di realizzare i vantaggi delle celle a combustibile di maggiore durata".

Il grafene è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. Nonostante la sua struttura relativamente semplice, si pensa che il grafene abbia proprietà notevoli tra cui un'elevata conduttività elettrica, elevata trasparenza ed elevata flessibilità.

Dott. Patrick Cullen, Docente di Energie Rinnovabili presso la Queen Mary University di Londra, ha detto:"Nel corso degli anni, c'è stato molto clamore intorno al grafene e al vasto numero di applicazioni promettenti per questo materiale. Però, la comunità della ricerca sta ancora aspettando che il suo pieno potenziale si realizzi, e questo ha portato a una certa negatività intorno a questo "materiale meraviglioso" proposto. Questa visione non è aiutata dal fatto che molti studi di ricerca sul grafene utilizzano versioni difettose del grafene. Speriamo che questo documento possa ripristinare la fiducia nel grafene e dimostrare che questo materiale ha un grande potenziale per migliorare la tecnologia, come le celle a combustibile, ora e in futuro».