Un team di ricerca in Corea ha sviluppato una cella a combustibile in ceramica che offre stabilità e prestazioni elevate riducendo la quantità richiesta di catalizzatore di un fattore 20. Il campo di applicazione per le celle a combustibile in ceramica, che finora sono stati utilizzati solo per la produzione di energia su larga scala a causa delle difficoltà legate ai frequenti avviamenti, ci si può aspettare che si espanda in nuovi campi, come i veicoli elettrici, robot, e droni.

Dr. Ji-Won Son presso il Centro per la ricerca sui materiali energetici, attraverso la ricerca congiunta con il professor Seung Min Han presso il Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), ha sviluppato una nuova tecnologia che sopprime il deterioramento provocato dal ciclo di riduzione-ossidazione, una delle principali cause di degradazione delle celle a combustibile in ceramica, riducendo significativamente la quantità e le dimensioni del catalizzatore di nichel nell'anodo utilizzando una tecnologia a film sottile.

celle a combustibile in ceramica, rappresentativo di celle a combustibile ad alta temperatura, generalmente operano a temperature elevate, 800 °C o superiori. Perciò, catalizzatori economici, come il nichel, può essere utilizzato in queste cellule, rispetto alle celle a combustibile a elettrolita polimerico a bassa temperatura, che utilizzano costosi catalizzatori al platino. Il nichel di solito comprende circa il 40% del volume dell'anodo di una cella a combustibile in ceramica. Però, poiché il nichel si agglomera ad alte temperature, quando la cella a combustibile in ceramica è esposta ai processi di ossidazione e riduzione che accompagnano i cicli stop-restart, si verifica un'espansione incontrollabile. Ciò si traduce nella distruzione dell'intera struttura della cella a combustibile in ceramica. Questo fatale inconveniente ha impedito la generazione di energia da celle a combustibile ceramiche da applicazioni che richiedono frequenti avviamenti.

Nel tentativo di superare questo, Il team del Dr. Ji-Won Son al KIST ha sviluppato un nuovo concetto per un anodo che contiene significativamente meno nichel, solo 1/20 di una cella a combustibile in ceramica convenzionale. Questa quantità ridotta di nichel consente alle particelle di nichel nell'anodo di rimanere isolate l'una dall'altra. Per compensare la ridotta quantità di catalizzatore al nichel, l'area superficiale del nichel viene drasticamente aumentata attraverso la realizzazione di una struttura anodica in cui le nanoparticelle di nichel sono distribuite uniformemente su tutta la matrice ceramica mediante un processo di deposizione a film sottile. Nelle celle a combustibile in ceramica che utilizzano questo nuovo anodo, non è stato osservato alcun deterioramento o degrado delle prestazioni delle celle a combustibile in ceramica, anche dopo più di 100 cicli di riduzione-ossidazione, rispetto alle tradizionali celle a combustibile in ceramica, che ha fallito dopo meno di 20 cicli. Inoltre, la potenza delle nuove celle a combustibile in ceramica ad anodo è stata migliorata di 1,5 volte rispetto alle celle convenzionali, nonostante la sostanziale riduzione del contenuto di nichel.

Il dottor Ji-Won Son ha detto:"La nostra ricerca sulla nuova cella a combustibile ad anodo è stata condotta sistematicamente in ogni fase, dalla progettazione alla realizzazione e valutazione, sulla base della nostra comprensione del fallimento della riduzione-ossidazione, che è una delle cause primarie della distruzione delle celle a combustibile ceramiche."

Il dottor Son ha detto, "Il potenziale per applicare queste celle a combustibile in ceramica a campi diversi dalle centrali elettriche, come per la mobilità, è tremendo".

I risultati della ricerca sono stati pubblicati in Acta Materialia .