Le celle a combustibile sono state propagandate come una soluzione più pulita per le esigenze energetiche di domani, con potenziali applicazioni in tutto, dalle automobili ai computer.

Ma uno dei motivi per cui le celle a combustibile non sono già più diffuse è la loro mancanza di resistenza. Col tempo, i catalizzatori utilizzati anche nelle moderne celle a combustibile si rompono, inibendo la reazione chimica che converte il carburante in elettricità. Inoltre, la tecnologia attuale si basa su piccole particelle rivestite con il catalizzatore; però, l'area superficiale limitata delle particelle significa che solo una frazione del catalizzatore è disponibile in un dato momento.

Ora un team di ingegneri della Yale School of Engineering &Applied Science ha creato un nuovo sistema di catalizzatori a celle a combustibile utilizzando nanofili realizzati con un nuovo materiale che aumenta le prestazioni a lungo termine di 2,4 volte rispetto alla tecnologia odierna. I loro risultati appaiono sulla copertina del numero di aprile di ACS Nano .

Gli ingegneri di Yale Jan Schroers e André Taylor hanno sviluppato minuscoli nanofili realizzati con un'innovativa lega metallica nota come vetro metallico sfuso (BMG) che ha aree superficiali elevate, esponendo così più del catalizzatore. Inoltre mantengono la loro attività più a lungo rispetto ai tradizionali sistemi catalitici a celle a combustibile.

L'attuale tecnologia delle celle a combustibile utilizza il nerofumo, un materiale di carbonio economico ed elettricamente conduttivo, come supporto per le particelle di platino. Il carbonio trasporta elettricità, mentre il platino è il catalizzatore che guida la produzione di energia elettrica. Più particelle di platino sono esposte al carburante, più elettricità viene prodotta. Eppure il nerofumo è poroso, quindi il platino all'interno dei pori interni potrebbe non essere esposto. Il nerofumo tende anche a corrodersi nel tempo.

"Per produrre celle a combustibile più efficienti, si vuole aumentare la superficie attiva del catalizzatore, e vuoi che il tuo catalizzatore duri, " ha detto Taylor.

A 13 nanometri in scala (circa 1/10, 000 la larghezza di un capello umano), i nanofili BMG sviluppati da Schroers e Taylor sono circa tre volte più piccoli delle particelle di nerofumo. I nanofili sono lunghi, la forma sottile conferisce loro una superficie molto più attiva per massa rispetto al nerofumo. Inoltre, piuttosto che attaccare particelle di platino su un materiale di supporto, il team di Yale ha incorporato il platino nella stessa lega di nanofili, assicurando che continui a reagire con il carburante nel tempo.

È la composizione chimica unica dei nanofili che consente di modellarli in bastoncini così piccoli utilizzando un metodo di stampa a caldo, ha detto Schroers, che ha sviluppato altre leghe BMG che possono anche essere soffiate in forme complicate. I nanofili BMG conducono anche l'elettricità meglio del nerofumo e dei nanotubi di carbonio, e sono meno costosi da elaborare.

Finora Taylor ha testato il proprio sistema catalizzatore per celle a combustibile a base di alcol (comprese quelle che utilizzano etanolo e metanolo come fonti di combustibile), ma dicono che il sistema potrebbe essere utilizzato in altri tipi di celle a combustibile e un giorno potrebbe essere utilizzato in dispositivi elettronici portatili come computer portatili e telefoni cellulari, nonché in sensori remoti.

"Questa è l'introduzione di una nuova classe di materiali che possono essere utilizzati come elettrocatalizzatori, " Taylor ha detto. "È un vero passo avanti verso la realizzazione di celle a combustibile commercialmente redditizie e, in definitiva, integrare o sostituire le batterie nei dispositivi elettronici".