La figura a sinistra mostra l'andamento del prezzo del platino negli ultimi due decenni e la figura a destra spiega l'alternativa:le celle a combustibile con membrana a scambio anionico (AEMFC). Credito:QIN Shuai et al.
Essendo l'energia rinnovabile più pulita, l'energia dell'idrogeno ha attirato un'attenzione particolare nella ricerca recente. Eppure la commercializzazione delle tradizionali celle a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC), che consumano idrogeno e producono elettricità, è seriamente limitato a causa della reazione chimica del catodo delle PEMFC che si basa in gran parte su costosi catalizzatori a base di platino.
Una soluzione è cambiare l'elettrolita acido delle PEMFC in alcalino. Tali celle a combustibile sono chiamate celle a combustibile con membrana a scambio anionico (AEMFC), e consentono l'uso di elementi metallici più economici come Co, Ni o Mn per progettare elettrocatalizzatori.
Il team di ricerca guidato dal Prof. Gao Minrui della University of Science and Technology of China (USTC) ha seguito questa soluzione e ha sviluppato un modo pratico e scalabile per produrre una nuova lega Ni-W-Cu, Ni 5.2 WCu 2.2 , come catodo per gli AEMFC. Il risultato è stato pubblicato su Comunicazioni sulla natura .
Il team ha prima cresciuto Cu(OH) 2 nanofili da uno scheletro di rame espanso tridimensionale mediante ossidazione anodica. I nanofili ottenuti sono stati quindi immersi in una soluzione contenente elementi Ni e W. Dopo sintesi idrotermale e ricottura, è stata prodotta la lega Ni-W-Cu.
Il ternario Ni 5.2 WCu 2.2 la lega può catalizzare l'ossidazione dell'idrogeno in ambiente alcalino 4,31 volte più efficiente dell'anodo di riferimento platino/carbonio.
Ha un potenziale di ossidazione fino a 0,3 V rispetto all'elettrodo a idrogeno reversibile e può mantenere un'attività elevata fino a 20 ore con tale sovratensione, anodi procedenti a base di metalli non del gruppo del platino.
Schema di sintesi di Ni5.2WCu2.2 e di un elettrodo Ni5.2WCu2.2 di dimensioni 3×10cm2 così ottenuto. Credito:QIN Shuai et al.
Il catalizzatore in lega ha anche mostrato un'eccellente resistenza all'avvelenamento da CO, e mantenuto un'elevata attività a 20000 ppm CO/H 2 atmosfera mista.
L'analisi ha mostrato che la densità prevista degli stati di Ni 5.2 WCu 2.2 la lega si trova nel livello di Fermi più basso, che indica che la lega ha l'energia di legame dell'idrogeno ottimale. L'effetto di lega a più elementi rende la lega a base di Ni un catalizzatore ad alta attività e offre resistenza all'ossidazione.
Questo lavoro fa luce su un'ulteriore esplorazione delle leghe a più elementi composte da metalli economici, aiutando così lo sviluppo di catalizzatori di ossidazione dell'idrogeno più efficienti per gli anodi AEMFC.
