La cella a combustibile in fase di test in laboratorio. Credito:Imperial College London
Le celle a combustibile a idrogeno convertono l'idrogeno in elettricità con vapore acqueo come unico sottoprodotto, rendendole un'interessante alternativa verde per l'energia portatile, in particolare per i veicoli.
Tuttavia, il loro uso diffuso è stato in parte ostacolato dal costo di uno dei componenti primari. Per facilitare la reazione che produce l'elettricità, le celle a combustibile si basano su un catalizzatore di platino, che è costoso e scarso.
Ora, un team europeo guidato dai ricercatori dell'Imperial College London ha creato un catalizzatore utilizzando solo ferro, carbonio e azoto, materiali economici e prontamente disponibili, e ha dimostrato che può essere utilizzato per far funzionare una cella a combustibile ad alta potenza. I loro risultati sono pubblicati oggi su Nature Catalysis .
Il ricercatore capo, il professor Anthony Kucernak, del Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"Attualmente, circa il 60% del costo di una singola cella a combustibile è costituito dal platino per il catalizzatore. Per rendere le celle a combustibile una vera alternativa praticabile ai combustibili fossili- veicoli a motore, ad esempio, dobbiamo ridurre questo costo.
"Il nostro progetto di catalizzatore più economico dovrebbe rendere tutto ciò una realtà e consentire l'implementazione di un numero significativamente maggiore di sistemi di energia rinnovabile che utilizzano l'idrogeno come combustibile, riducendo in definitiva le emissioni di gas serra e mettendo il mondo sulla strada dell'azzeramento delle emissioni nette".
L'innovazione del team consisteva nel produrre un catalizzatore in cui tutto il ferro veniva disperso come singoli atomi all'interno di una matrice di carbonio elettricamente conduttrice. Il ferro monoatomo ha proprietà chimiche diverse rispetto al ferro sfuso, in cui tutti gli atomi sono raggruppati insieme, rendendolo più reattivo.
Queste proprietà significano che il ferro aumenta le reazioni necessarie nella cella a combustibile, agendo come un buon sostituto del platino. Nei test di laboratorio, il team ha dimostrato che un catalizzatore di ferro a atomo singolo ha prestazioni che si avvicinano a quelle dei catalizzatori a base di platino in un vero sistema di celle a combustibile.
Oltre a produrre un catalizzatore più economico per le celle a combustibile, il metodo che il team ha sviluppato per creare potrebbe essere adattato ad altri catalizzatori per altri processi, come le reazioni chimiche che utilizzano l'ossigeno atmosferico come reagente invece di costosi ossidanti chimici e nel trattamento delle acque reflue utilizzando l'aria per rimuovere i contaminanti dannosi.
Il primo autore, il dottor Asad Mehmood, del Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"Abbiamo sviluppato un nuovo approccio per creare una gamma di catalizzatori a 'atomo singolo' che offrono l'opportunità di consentire una serie di nuovi processi chimici ed elettrochimici. In particolare , abbiamo utilizzato un metodo sintetico unico, chiamato transmetallazione, per evitare la formazione di ammassi di ferro durante la sintesi. Questo processo dovrebbe essere vantaggioso per altri scienziati che cercano di preparare un tipo simile di catalizzatore."
Il team ha collaborato con il produttore britannico di catalizzatori per celle a combustibile Johnson Matthey per testare il catalizzatore in sistemi appropriati e sperare di ampliare il loro nuovo catalizzatore in modo che possa essere utilizzato nelle celle a combustibile commerciali. Nel frattempo, stanno lavorando per migliorare la stabilità del catalizzatore, in modo che corrisponda al platino in termini di durata e prestazioni. + Esplora ulteriormente
