Foto:copertina AFM dic2010
(PhysOrg.com) -- L'aggiunta di cristalli estremamente piccoli al materiale elettrolitico solido ha il potenziale per aumentare considerevolmente l'efficienza delle celle a combustibile. I ricercatori della TU Delft sono stati i primi a documentarlo accuratamente. Il loro secondo articolo sull'argomento in brevissimo tempo è stato pubblicato sulla rivista scientifica, Materiali funzionali avanzati .
I ricercatori della Facoltà di Scienze Applicate della TU Delft stavano concentrando i loro sforzi sul miglioramento dei materiali elettrolitici. Questo è il materiale tra due elettrodi, per esempio in una cella a combustibile o in una batteria. Migliori sono le caratteristiche dell'elettrolita, meglio è, in modo più compatto o più efficiente la cella a combustibile o la batteria funziona.
L'elettrolita è solitamente un liquido, ma questo ha una serie di inconvenienti. Il liquido deve essere molto ben racchiuso, Per esempio, e occupa una quantità relativamente grande di spazio. "Sarebbe quindi preferibile avere un elettrolita fatto di materia solida, " dice il dottorando Lucas Haverkate. "Purtroppo però, che ha anche degli svantaggi. La conduttività nella materia solida non è buona come in un liquido."
"In una materia solida hai una rete di ioni, in cui viene presa praticamente ogni posizione nella rete. Ciò rende difficile il passaggio delle particelle cariche (protoni) da un elettrodo all'altro. È un po' come un ingorgo in autostrada. Quello che devi fare è creare spazi liberi nella rete".
Uno dei modi per raggiungere questo obiettivo, e quindi di aumentare la conducibilità negli elettroliti solidi, consiste nell'aggiungere nanocristalli (da sette nanometri a una cinquantina di nanometri), di biossido di titanio. "Una caratteristica di questi TiO 2 cristalli è che attirano protoni, e questo crea più spazio nella rete." I nanocristalli sono mescolati nell'elettrolita con un acido solido (CsHSO 4 ). Quest'ultimo materiale "consegna" i protoni ai cristalli. "L'aggiunta dei cristalli sembra causare un enorme salto nella capacità conduttiva, fino a un fattore 100, " conclude Haverkate.
Questo straordinario risultato di TU Delft ha già portato a due pubblicazioni sulla rivista scientifica Advanced Functional Materials. Lo scorso dicembre, Haverkate ha pubblicato un articolo sulla teoria alla base dei risultati. Il suo compagno di dottorato, Wing Kee Chan, è l'autore principale di un secondo articolo apparso nella stessa pubblicazione questa settimana. Chan si è concentrato sul lato sperimentale della ricerca. "La cosa bella di queste due pubblicazioni è che i risultati sperimentali e le basi teoriche si completano fortemente a vicenda, "dice Haverkate.
Chan ha effettuato misurazioni sul materiale elettrolitico utilizzando il metodo della diffrazione di neutroni. Ciò comporta l'invio di neutroni attraverso il materiale. Il modo in cui i neutroni sono dispersi permette di dedurre alcune caratteristiche del materiale, come la densità dei protoni nei cristalli. Haverkate:"È la prima volta che vengono effettuate misurazioni di elettroliti di materiale solido in questo modo, e su così piccola scala. Il fatto che avessimo a nostra disposizione tecnologie di ricerca nucleare presso il Reactor Institute Delft è stato tremendamente prezioso".
Però, la combinazione di TiO 2 e CsHSO 4 non segna la fine della ricerca di un idoneo elettrolita solido. Saranno testate altre combinazioni di materiali che possono ottenere punteggi migliori nell'area della stabilità, Per esempio. Professor Fokko Mulder, chi è il supervisore del dottorato di Haverkate e Chan, dice. "In questa fase, siamo più preoccupati di acquisire una comprensione fondamentale e un modello utile, che il problema concreto di scoprire quale sia il materiale più adatto. È importante identificare l'effetto dei nanocristalli, e dargli una base teorica. Penso che ci sia un grande potenziale per questi elettroliti. Hanno anche l'ulteriore vantaggio di continuare a funzionare bene su un'ampia gamma di temperature, che è di particolare rilevanza per l'applicazione nelle celle a combustibile."
