Attività :Il catalizzatore dovrebbe mostrare un'elevata attività per le reazioni elettrochimiche desiderate, come l'ossidazione dell'idrogeno (nelle celle a combustibile) o la riduzione/evoluzione dell'ossigeno (nelle batterie metallo-aria). Ciò può essere valutato attraverso misurazioni elettrochimiche, come la voltammetria ciclica, test sugli elettrodi a disco rotante o valutazioni delle prestazioni delle celle a combustibile.
Selettività :Il catalizzatore dovrebbe promuovere selettivamente le reazioni elettrochimiche desiderate riducendo al minimo le reazioni collaterali. Ad esempio, nelle celle a combustibile, si dovrebbe ridurre al minimo la formazione di monossido di carbonio (CO) durante l’ossidazione dell’idrogeno, che può avvelenare il catalizzatore.
Stabilità :Il catalizzatore dovrebbe mantenere la propria attività e struttura per periodi prolungati nelle condizioni operative della cella a combustibile o della batteria metallo-aria. Ciò include la tolleranza al potenziale ciclo, alle variazioni di temperatura e all'esposizione a specie reattive (ad esempio ossigeno, perossido di idrogeno).
Costo e abbondanza :I materiali catalizzatori dovrebbero essere economici e facilmente disponibili. I materiali rari o costosi potrebbero non essere pratici per applicazioni su larga scala.
Durabilità :Il catalizzatore deve resistere al degrado e mantenere le sue prestazioni nel funzionamento a lungo termine. Dovrebbero essere presi in considerazione fattori quali la corrosione, il degrado meccanico e l'avvelenamento del catalizzatore.
Resistenza al veleno :Il catalizzatore deve essere resistente alla disattivazione causata da impurità o contaminanti presenti nel carburante o nell'aria. Ad esempio, nelle celle a combustibile, le impurità di zolfo possono avvelenare alcuni catalizzatori.
Compatibilità elettrolitica :Il catalizzatore deve essere compatibile con l'elettrolita utilizzato nella cella a combustibile o nella batteria metallo-aria. Alcuni elettroliti possono influenzare la stabilità o l'attività di alcuni catalizzatori.
Sintesi e fabbricazione :Il catalizzatore dovrebbe essere facilmente sintetizzato o prodotto utilizzando metodi scalabili. Processi di sintesi complessi o dispendiosi in termini di tempo possono ostacolare le applicazioni pratiche.
Considerazioni sulla progettazione :La struttura, la composizione e la morfologia del catalizzatore possono influenzarne significativamente le prestazioni. Adattare queste proprietà attraverso tecniche avanzate di sintesi dei materiali può ottimizzare l'attività catalitica e la stabilità.
Modellazione computazionale :Gli approcci computazionali, come i calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT), possono fornire informazioni sui meccanismi catalitici e aiutare a identificare materiali promettenti per un'ulteriore valutazione sperimentale.
Considerando questi fattori e utilizzando una combinazione di tecniche sperimentali e computazionali, i ricercatori possono selezionare e sviluppare catalizzatori che soddisfano i requisiti specifici delle celle a combustibile e delle batterie metallo-aria.
