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La tecnologia delle celle a combustibile è in continua evoluzione poiché l'energia rinnovabile e le fonti di energia alternative diventano un mezzo sempre più importante per ridurre la dipendenza globale dai combustibili fossili. Le celle a combustibile planari, un design prevalente, possono essere ingombranti, avere problemi di compressione e una distribuzione di corrente non uniforme. Altri inconvenienti includono problemi con il trasporto del gas reagente, la rimozione dell'acqua in eccesso e le sfide di fabbricazione associate alla loro progettazione.
Un team di ricercatori UConn guidati da Jasna Jankovic, assistente professore presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso la Scuola di Ingegneria, ha ideato un nuovo progetto per una cella a combustibile a membrana tubolare di elettroliti polimerici (PEM) che affronta queste carenze e migliora modelli di celle a combustibile PEM tubolari esistenti, la maggior parte delle quali prende una cella a combustibile PEM planare e la arrotola in un cilindro.
Jankovic e due studenti laureati, Sara Pedram e Sean Small, hanno adottato un approccio più olistico che ripensa il design delle celle a combustibile tubolari da zero. Il loro concetto dirompente e in attesa di brevetto potrebbe potenzialmente avere quasi il doppio della densità di energia di altre celle a combustibile PEM tubolari, essere il 50% più leggere, avere un elettrodo interno sostituibile e un elettrolita (se liquido), una configurazione a prova di perdite e richiedere meno metalli preziosi .
È un grosso problema, afferma Michael Invernale, un senior licensing manager presso il Technology Commercialization Services (TCS) di UConn che collabora con Jankovic per portare il concetto sul mercato. Gran parte dello sforzo per migliorare la progettazione delle celle a combustibile, afferma, si è concentrato sull'utente finale invece che sul bene superiore.
"Una cella a combustibile con componenti ricaricabili è una sorta di soluzione in grado di farlo", afferma Invernale. "Una compagnia aerea che fa affidamento su questa tecnologia avrebbe maggiori incentivi a ricostruire un componente. In questo momento, potrebbe essere più economico sostituire l'intera unità. È proprio qui che brilla questo design. Le caratteristiche del design sono ecologiche, sostenibili e rinnovabili."
Le celle a combustibile sono essenzialmente dispositivi di generazione di energia elettrochimica ricaricabili che combinano idrogeno e ossigeno per generare elettricità, calore e acqua. Ogni tipo è classificato principalmente dal tipo di elettrolita che utilizza. Le celle a combustibile planari sono costruite utilizzando pile a sandwich di grandi piastre di campo di flusso rettangolari in grafite o metallo, che rappresentano circa l'80% del loro peso e il 40% del loro costo. Il design di UConn utilizza un unico campo di flusso a forma di tubo che ne riduce il peso della metà.
Il concetto è ancora in fase di scoperta e ha finanziamenti I-Corps e Partnership for Innovation (PFI) dalla National Science Foundation (NSF). Il programma è stato creato per stimolare la traduzione della ricerca fondamentale nel mercato, incoraggiare la collaborazione tra il mondo accademico e l'industria e formare docenti, studenti e altri ricercatori finanziati dall'NSF in capacità di innovazione e imprenditorialità.
I team di ricerca partecipanti hanno l'opportunità di intervistare potenziali clienti per saperne di più sulle loro esigenze. Jankovic e il suo team hanno condotto circa 60 interviste durante un programma UConn Accelerator all'inizio del 2022 che li ha aiutati a ridimensionare il mercato e a rispondere a domande importanti sull'opportunità o meno di avviare un processo più lungo, realizzare il prodotto da soli o concedere in licenza la tecnologia a un'altra azienda.
"È stato molto utile ricevere feedback e indicazioni dalle persone del settore", afferma Jankovic.
Jankovic ha guidato la squadra come PI, con Pedram e Small, rispettivamente come capofila e co-responsabile imprenditoriale. Lenard Bonville, il mentore industriale del team, sosterrà il team con i suoi decenni di esperienza industriale. Il team condurrà un'altra serie di 100 interviste con l'industria per scoprire il mercato del loro prodotto e ottenere indicazioni sul suo design finale. Il finanziamento NSF-Partnership for Innovation (PFI) verrà quindi utilizzato per sviluppare un prototipo e perseguire la commercializzazione.
Le celle a combustibile hanno un'ampia gamma di applicazioni, dall'alimentazione di case e aziende, al mantenimento in funzione di strutture critiche come ospedali, negozi di alimentari e data center e allo spostamento di una varietà di veicoli, tra cui automobili, autobus, camion, carrelli elevatori, treni, e altro ancora. Il team di Jankovic sta lavorando per ottenere un brevetto completo sul loro design e testare a fondo il concetto. A breve termine, si concentrano sulla commercializzazione della tecnologia e sull'attrazione di potenziali partner.
Jankovic prevede di creare una cella a combustibile delle dimensioni di una batteria AA, tuttavia, come tecnologia scalabile e modulare, potrebbe essere portata a qualsiasi dimensione pratica. La forma cilindrica consentirebbe a più celle a combustibile di occupare la stessa quantità di spazio di quelle in uso ora e sarebbe più economica da produrre, ha affermato Invernale. Jankovic vede il suo design a celle a combustibile come un sostituto delle batterie agli ioni di litio.
Jankovic ha detto che i suoi sette anni nel settore prima di venire a UConn l'hanno convinta che c'era bisogno nel mercato di un nuovo e migliore design delle celle a combustibile.
"Da quell'esperienza, sapevo che le celle a combustibile planari avevano alcuni problemi", dice. "Continuavo a chiedere in giro, e ho detto, 'facciamolo e scopriamo sì o no'". + Esplora ulteriormente
