Il team di ricerca del professor Mohamed Mohamedi dell'INRS ha progettato una cella a combustibile verde senza membrana che utilizza l'ossigeno dall'aria. I risultati di questa innovativa applicazione microfluidica, la prima in Canada, sono stati pubblicati in Recensioni sulle energie rinnovabili e sostenibili.

Le celle a combustibile convenzionali sono onnipresenti. Alimentano le auto elettriche e alimentano i computer utilizzati nell'allunaggio dell'Apollo del 1969. Queste celle a combustibile perdono tensione quando vengono utilizzate e alla fine smettono di funzionare. Ciò accade perché le molecole di alcol (metanolo o etanolo) nel compartimento anodico della cella a combustibile attraversano la membrana separandole dal compartimento catodico. Le molecole di ossigeno nel compartimento catodico reagiscono con l'alcol, provocando una caduta di tensione.

Gli scienziati hanno tentato senza successo di sviluppare una membrana che impedisca alle molecole di alcol di attraversarla. Professor Mohamed Mohamedi, un autore principale dello studio pubblicato l'8 settembre, ha preso un'altra tattica:sviluppare una cella a combustibile senza membrana.

La sua nuova soluzione costa meno e richiede meno passaggi per la produzione, ma non riesce ad affrontare una sfida chiave. "Quando la membrana viene rimossa, il metanolo o etanolo reagisce con l'ossigeno, proprio come nelle celle a combustibile convenzionali. Per evitare cadute di tensione, abbiamo dovuto sviluppare elettrodi selettivi nel compartimento del catodo. Questi elettrodi, progettato dal dottorando Juan Carlos Abrego-Martinez, rimangono inattivi in ​​presenza di molecole di alcol, ma sono sensibili all'ossigeno che genera elettricità, " Spiega il professor Mohamedi. Egli nota un'altra proprietà unica di questa cella a combustibile senza membrana:utilizza l'ossigeno dall'aria che la circonda.

Dal modello al prototipo

Il primo passo compiuto dai ricercatori nella costruzione di un prototipo funzionante è stato eseguire simulazioni numeriche create da Alonso Moreno Zuria, Borsista postdottorato INRS e autore principale dello studio. Attraverso la modellazione al computer, il team ha testato diverse configurazioni di elettrodi selettivi nella cella a combustibile. "Le celle a combustibile convenzionali sono come sandwich con la membrana nel mezzo. Abbiamo scelto invece di lavorare su un design a strato singolo. Abbiamo dovuto determinare come disporre e distanziare gli elettrodi per massimizzare l'uso di carburante tenendo presente la concentrazione di ossigeno nell'aria ambiente, "dice il professor Mohamedi.

Una volta che i ricercatori hanno stabilito una configurazione, hanno testato un prototipo che è diventato un proof of concept. La cella a combustibile senza membrana ha alimentato un LED per quattro ore utilizzando solo 234 microlitri di metanolo. I ricercatori vogliono ottimizzare la cella a combustibile in modo che possa utilizzare l'etanolo, un combustibile più verde che può essere prodotto da biomasse e scarti agricoli. L'etanolo fornisce anche più potenza per unità di volume equivalente.

Il team si aspetta che la cella a combustibile alimenti l'elettronica portatile come i telefoni cellulari e i microsistemi come i sensori di inquinamento atmosferico. A differenza delle batterie convenzionali che immagazzinano elettricità e devono essere ricaricate, le celle a combustibile continuano a produrre energia finché il combustibile è disponibile. "Questo metodo di approvvigionamento energetico è particolarmente efficace quando la ricarica non è possibile. Immagina di essere in mezzo al deserto, senza elettricità. Potresti ricaricare il tuo cellulare usando una piccola capsula di etanolo che colleghi al dispositivo, "dice il professor Mohamedi.

Questa tecnologia pionieristica ha già attirato l'attenzione del settore anche se il team di ricerca è solo allo stadio di prototipo.