Perché sono necessari catalizzatori:
* Everpotential: L'elettrolisi dell'acqua richiede una tensione più elevata di teoricamente prevista a causa delle barriere di energia coinvolte nelle reazioni agli elettrodi. Questa tensione in eccesso è chiamata sovrapotenziale.
* Cinetica di reazione: I catalizzatori aiutano ad accelerare la velocità delle reazioni agli elettrodi, riducendo la tensione richiesta e migliorando l'efficienza.
Tipi di catalizzatori:
* Elettrodi:
* platino (pt): Altamente efficace sia per la reazione di evoluzione dell'idrogeno (lei) che per la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER). Tuttavia, il platino è costoso.
* Iridium (IR) e Ruthenium (RU): Questi sono anche buoni catalizzatori per OER e sono spesso usati in combinazione con il platino.
* Nickel (NI): Un'alternativa meno costosa al platino, spesso utilizzata nell'elettrolisi alcalina.
* Iron (Fe) e Cobalt (CO): Può essere usato come catalizzatori, spesso in combinazione con altri metalli o ossidi.
* Catalizzatori di metallo non preziosi: I ricercatori stanno esplorando alternative economiche come ossidi di metallo, solfuri, fosfuri e materiali a base di carbonio.
* Elettroliti:
* Elettroliti alcalini (KOH o NaOH): Spesso usato con catalizzatori a base di nichel.
* Elettroliti acidi (H2SO4 o HCl): Più comunemente usato con i metalli del gruppo platino come catalizzatori.
* Membrane elettrolitiche polimeriche (PEM): Utilizzato nell'elettrolisi della membrana di scambio di protoni, in genere con catalizzatori a base di platino.
Fattori che influenzano le prestazioni del catalizzatore:
* Area superficiale: Una superficie più ampia fornisce siti più attivi per le reazioni.
* Struttura elettronica: Le proprietà elettroniche del catalizzatore possono influenzare la sua capacità di facilitare il trasferimento di elettroni.
* Stabilità: Il catalizzatore dovrebbe essere stabile nell'ambiente di elettrolisi.
* Costo: Il costo del catalizzatore è un fattore cruciale per le applicazioni pratiche.
Ricerca e sviluppo:
Sono in corso ampie ricerche per sviluppare catalizzatori più efficienti, durevoli ed economici per l'elettrolisi dell'acqua. Questo include:
* Nanomateriali: Sviluppare catalizzatori nanostrutturati per aumentare la superficie e l'attività catalitica.
* Materiali ibridi: Combinando materiali diversi per creare effetti sinergici.
* Modellazione computazionale: Utilizzo di simulazioni di computer per prevedere e progettare nuovi catalizzatori.
In sintesi:
I catalizzatori sono cruciali per migliorare l'efficienza e l'economia dell'elettrolisi dell'acqua. Mentre i metalli del gruppo platino sono altamente efficaci, i ricercatori stanno sviluppando attivamente alternative per rendere questa tecnologia più conveniente e accessibile per una vasta gamma di applicazioni.
