Celle a combustibile, dispositivi in ​​grado di produrre elettricità da idrogeno o altri combustibili senza bruciarli, sono considerati un nuovo modo promettente di alimentare qualsiasi cosa, da case e automobili a dispositivi portatili come telefoni cellulari e computer portatili. Il loro grande vantaggio - la prospettiva di eliminare le emissioni di gas serra e altri inquinanti - è stato controbilanciato dal loro costo molto elevato, e i ricercatori hanno cercato di trovare modi per rendere i dispositivi meno costosi.

Ora, un team del MIT guidato dal professore associato di ingegneria meccanica e scienza e ingegneria dei materiali Yang Shao-Horn ha trovato un metodo che promette di aumentare notevolmente l'efficienza degli elettrodi in un tipo di cella a combustibile, che utilizza il metanolo invece dell'idrogeno come combustibile ed è considerato promettente come sostituto delle batterie nei dispositivi elettronici portatili. Poiché questi elettrodi sono realizzati in platino, aumentare la loro efficienza significa che è necessario molto meno del costoso metallo per produrre una data quantità di energia.

La chiave per aumentare l'efficienza, la squadra ha trovato, consiste nel modificare la struttura superficiale del materiale. Creando piccoli gradini sulla superficie invece di lasciarla liscia, la capacità dell'elettrodo di catalizzare l'ossidazione del combustibile e quindi di produrre corrente elettrica è stata approssimativamente raddoppiata negli esperimenti, e i ricercatori ritengono che un ulteriore sviluppo di queste strutture superficiali potrebbe finire per produrre aumenti molto maggiori, producendo più corrente elettrica per una data quantità di platino.

I loro risultati sono riportati il ​​13 ottobre nel Giornale della Società Chimica Americana . Gli otto autori del documento includono lo studente laureato in ingegneria chimica Seung Woo Lee e il ricercatore post-dottorato in ingegneria meccanica Shuo Chen, insieme a Shao-Horn e altri ricercatori del MIT, l'Istituto giapponese di scienza e tecnologia, e Laboratorio nazionale di Brookhaven.

"Uno dei nostri obiettivi di ricerca è lo sviluppo di catalizzatori attivi e stabili, "Shao-Corno dice, e questo nuovo lavoro è un passo significativo verso "capire come la struttura atomica superficiale può migliorare l'attività del catalizzatore" nelle celle a combustibile a metanolo diretto.

Risolvere una controversia

Nei loro esperimenti, il team ha utilizzato nanoparticelle di platino depositate sulla superficie di nanotubi di carbonio a parete multipla. Lee afferma che molte persone hanno sperimentato l'uso di nanoparticelle di platino per le celle a combustibile, ma i risultati dell'effetto della dimensione delle particelle sull'attività finora sono stati contraddittori e controversi. "Alcune persone vedono aumentare l'attività, alcune persone vedono una diminuzione" dell'attività quando la dimensione delle particelle diminuisce. "C'è stata una controversia su come la dimensione influenzi l'attività".

Il nuovo lavoro mostra che il fattore chiave non è la dimensione delle particelle, ma i dettagli della loro struttura superficiale. "Mostriamo i dettagli dei passaggi superficiali presentati su nanoparticelle, e mette in relazione la quantità di passaggi di superficie con l'attività." Dice Chen. Producendo una superficie con più passaggi su di essa, il team ha raddoppiato l'attività dell'elettrodo, e i membri del team stanno ora lavorando alla creazione di superfici con ancora più passaggi per cercare di aumentare ulteriormente l'attività. Teoricamente, dicono, dovrebbe essere possibile potenziare l'attività per ordini di grandezza.

Shao-Horn suggerisce che il fattore chiave è l'aggiunta dei bordi dei gradini, che sembrano fornire un sito in cui è più facile per gli atomi formare nuovi legami. L'aggiunta di passaggi crea più di quei siti attivi. Inoltre, il team ha dimostrato che le strutture dei gradini sono sufficientemente stabili da poter essere mantenute per centinaia di cicli. Questa stabilità è la chiave per poter sviluppare celle a combustibile a metanolo diretto pratiche ed efficaci.

I membri del team sperano anche di capire se i passaggi migliorano l'altra parte del processo che si svolge in una cella a combustibile. Questo studio ha esaminato il miglioramento dell'ossidazione, ma l'altro lato di una cella a combustibile subisce la riduzione dell'ossigeno. L'aggiunta di gradini alla superficie migliora anche la riduzione dell'ossigeno? "Dobbiamo scoprire perché lo fa, o perché non lo fa, " dice Shao-Horn. I ricercatori si aspettano di avere risposte a questa domanda nei prossimi mesi.

Fornito dal Massachusetts Institute of Technology (notizie:web)