Un tenace ricercatore post-dottorato ha convinto il professor Marc Koper a ricercare la reazione di riduzione dell'ossigeno. Agli occhi di Koper, c'era poco interesse lì. Ma hanno prontamente scoperto un modo completamente nuovo per migliorare le celle a combustibile su idrogeno e ossigeno. Il loro articolo è apparso su Nature Catalysis il 7 luglio.

Sono poche le auto a idrogeno che circolano nei Paesi Bassi:una di queste, una Toyota Mirai, è di proprietà del direttore della Shell Nederland Marjan van Loon. Marc Koper, professore di catalisi e chimica delle superfici, ha dichiarato:"È una delle poche che può effettivamente fare il pieno di idrogeno nei Paesi Bassi, alla Shell di Amsterdam".

Toyota sta lavorando a celle a combustibile migliori e più efficienti, per poter introdurre la guida a idrogeno su larga scala. Ma la tecnologia non è ancora così avanzata, poiché ci sono due problemi principali. In primo luogo, nelle celle a combustibile è necessario troppo del raro metallo platino. In secondo luogo, la parte della reazione che converte l'ossigeno in acqua, la cosiddetta reazione di riduzione dell'ossigeno, deve diventare più efficiente.

Si pensava che un legame di ossigeno più debole fosse l'unica manopola da girare

Per anni, i ricercatori hanno pensato che ci fosse un solo modo per rendere più efficiente la riduzione dell'ossigeno. Nella cella a combustibile a due poli, l'anodo e il catodo, tale reazione avviene sul catodo su cui sono presenti tante piccole particelle di platino. L'ossigeno si scompone in atomi di ossigeno legati al platino. Questi atomi poi reagiscono ulteriormente per formare il prodotto finale, l'acqua.

Capodistria:"La teoria attuale è che dobbiamo cercare un catodo che tenga gli atomi di ossigeno un po' meno forte. E inoltre, che questa sia l'unica manopola che puoi ruotare per facilitare la riduzione dell'ossigeno. Toyota usa un catodo che contiene platino e un po' di cobalto. Questo cobalto aiuta a indebolire il legame dell'ossigeno con il platino. Quindi questa teoria funziona bene."

Capodistria è uno degli scienziati più citati al mondo, ha ricevuto numerose borse di studio e nel 2021 ha ricevuto il più grande e prestigioso premio scientifico olandese. Ha ricevuto il Premio Spinoza di 2,5 milioni di euro anche perché la sua ricerca può contribuire alla transizione energetica. Indaga su come l'energia elettrica può aiutare a creare o distruggere composti chimici. Ciò ti consentirebbe di immagazzinare energia verde, in modo da poterla risparmiare per quando il sole non splende o il vento muore.

Ma non è quello che interessa a Capodistria

Capodistria è onesto sulle sue motivazioni:non sono legate al miglioramento del mondo. "Voglio capire a livello atomico cosa succede quando si invia elettricità attraverso una cella elettrochimica", ha detto in un'intervista in occasione del suo Premio Spinoza. La ricerca di un catodo migliore per legare meno fortemente l'ossigeno non è così eccitante per lui, per quanto importante sia il problema. "Secondo me, non c'è molto altro da guadagnare scientificamente dalla messa a punto del catodo con il miglior rapporto tra cobalto e platino."

Ma poi il postdottorato Mingchuan Luo è venuto a lavorare per Koper. "Ha insistito per lavorare sulla riduzione dell'ossigeno". Capodistria ha quindi proposto di scoprire cosa succede se si gioca con la composizione dell'elettrolita, il mezzo che separa l'anodo dal catodo. L'elettrolita contiene una certa concentrazione di ioni caricati negativamente:gli anioni. Luo ha sperimentato diverse concentrazioni di anioni.

Hanno scoperto una nuova manopola da girare

Capodistria:"Abbiamo poi scoperto che la riduzione dell'ossigeno a volte va più veloce del previsto, anche se il legame dell'ossigeno al catodo sembra più forte. L'idea prevalente che si possa ottenere una riduzione dell'ossigeno più efficiente solo con un legame dell'ossigeno più debole non è quindi corretta. sembra che quegli anioni nell'elettrolita influenzino un altro processo nella reazione di riduzione dell'ossigeno. Vale a dire:la facilità con cui quegli atomi di ossigeno legati al platino vengono convertiti in idrossido (OH-), l'ultimo passaggio prima di produrre acqua. Questo ci dà una nuova manopola per turno, che è fondamentalmente diverso dal solito."

Quindi, invece di un solo percorso verso celle a idrogeno più efficienti, ce ne sono almeno due. Questo è molto interessante per Koper, che vuole principalmente capire cosa succede a livello molecolare e perché questi anioni svolgono un ruolo così importante. Anche i suoi colleghi della Toyota lo troveranno interessante, anche se non possono fare grandi progressi subito. "Al momento, questa nuova intuizione solleva principalmente nuove domande. Ora dobbiamo andare a scoprire esattamente cosa sta succedendo". + Esplora ulteriormente

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