Un unico dispositivo che genera carburante e ossidante dall'acqua e, quando si aziona un interruttore, converte il carburante e l'ossigeno in elettricità e acqua, ha una serie di vantaggi per il terrestre, applicazioni spaziali e militari. Dal basso impatto ambientale all'alta densità energetica, sviluppo di celle a combustibile rigenerative unificate efficienti, o URFC come vengono chiamati, è da anni nel mirino dei ricercatori.

Ma per essere veramente efficienti, un URFC ha bisogno di catalizzatori bifunzionali. Questo significa, in modalità elettrolizzatore, catalizzatori dovrebbero facilitare la scomposizione dell'acqua in idrogeno e ossigeno, e, in modalità cella a combustibile, facilitano la loro ricombinazione in acqua. Ora, lavorando nel laboratorio di Vijay Ramani, il Distinguished University Professor di Roma B. &Raymond H. Wittcoff, un team di ricercatori ha trovato un eccellente catalizzatore bifunzionale per l'elettrodo a ossigeno.

Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"A differenza dell'elettrodo a idrogeno, in cui il platino è un efficace catalizzatore bifunzionale, è molto difficile identificare un catalizzatore adatto per l'elettrodo dell'ossigeno a causa della cinetica lenta della riduzione dell'ossigeno e dell'evoluzione dell'ossigeno, " ha detto Pralay Gayen, attualmente lavora in Intel, che era un ricercatore associato post-dottorato nel laboratorio di Ramani presso la McKelvey School of Engineering presso la Washington University di St. Louis ed è stato il primo autore del documento.

Sulay Saha, un associato di ricerca post-dottorato nel laboratorio di Ramani, e la ricerca di Gayen è stata guidata dai primi principi, tenendo conto delle proprietà fondamentali di diverse sostanze prima di dirigersi verso il laboratorio per testare potenziali catalizzatori.

Insieme all'ex ricercatore universitario e coautore Xinquan Liu, il team alla fine ha identificato e sviluppato il Pt-Pirocloro, un composto di platino e pirocloro di rutenato di piombo, che ha prodotto un'elevata bifunzionalità.

L'"indice di bifunzionalità" è una misura della capacità del catalizzatore di facilitare sia la direzione in avanti che quella inversa di una reazione. "Vogliamo che l'indice sia basso, " disse Kritika Sharma, un dottorato di ricerca studente di ingegneria. "Zero, idealmente." Questo nuovo catalizzatore ha un indice di bifunzionalità di 0,56 volt, molto basso rispetto ad altri catalizzatori riportati. Se utilizzato in un dispositivo URFC sviluppato dal laboratorio, il catalizzatore ha consentito un'efficienza energetica di andata e ritorno (RTE) del 75%, la più alta efficienza di andata e ritorno riportata in questo tipo di URFC.

Con un'efficienza così elevata, gli URFC sviluppati sono adatti per applicazioni come sommergibili, droni, veicoli spaziali e stazioni spaziali, così come per lo stoccaggio di energia off-grid.