(Phys.org) -- Celle a combustibile, che generano elettricità dall'energia chimica di un combustibile come l'idrogeno, non sono intrinsecamente in grado di immagazzinare energia. Quando la fornitura di idrogeno di una cella a combustibile si esaurisce o viene temporaneamente interrotta, la potenza della cella si riduce rapidamente a zero. Se un'applicazione richiede l'accumulo di energia, quindi la cella a combustibile deve essere accoppiata a un dispositivo di accumulo di carica esterno, come una batteria, che aumenta il peso e il volume del sistema. Ma ora i ricercatori hanno progettato una cella a combustibile a idrogeno con un nuovo anodo in grado di fornire elettricità fino a 14 volte più a lungo rispetto alle celle a combustibile convenzionali, che potrebbe essere particolarmente utile per le applicazioni energetiche mobili.

I ricercatori, Quentin Van Overmeere, Kian Kerman, e Shriram Ramanathan, alla Harvard School of Engineering and Applied Sciences di Cambridge, Massachusetts, hanno pubblicato il loro studio sulle celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) che immagazzinano energia in un recente numero di Nano lettere .

Nel loro studio, i ricercatori hanno fabbricato l'anodo della cella a combustibile ad ossido solido con ossido di vanadio o una combinazione di ossido di vanadio e platino poroso. Il vanadio è noto per la sua tendenza a cambiare lo stato di ossidazione, un processo che implica il trasferimento di elettroni. Poiché una chiave per consentire alle celle a combustibile di immagazzinare carica è utilizzare materiali in grado di trasferire in modo reversibile le cariche elettriche, Le proprietà del vanadio lo rendono un buon candidato per queste tecnologie.

"Questo SOFC a film sottile sfrutta i recenti progressi nel funzionamento a bassa temperatura per incorporare un materiale nuovo e più versatile, " ha detto Ramanathan. "L'ossido di vanadio all'anodo si comporta come un materiale multifunzionale, consentendo alla cella a combustibile di generare e immagazzinare energia."

Gli esperimenti dei ricercatori hanno dimostrato che, dopo che l'alimentazione del carburante a idrogeno è stata interrotta, le celle a combustibile con l'anodo di ossido di vanadio potrebbero generare energia per più di 3 minuti, rispetto a circa 10-15 secondi per celle a combustibile con anodi di platino porosi. Entrambe le celle a combustibile hanno prodotto una quantità di energia paragonabile, e i ricercatori si aspettano che i futuri miglioramenti prolungheranno ulteriormente questo tempo. Con la capacità di immagazzinare energia elettrochimica, il nuovo dispositivo potrebbe essere pensato come una combinazione delle caratteristiche di una cella a combustibile e di una batteria.

Per adesso, i ricercatori non sanno esattamente cosa consente alla nuova cella a combustibile di funzionare dopo che la sua fornitura è stata interrotta. Hanno identificato e testato tre possibili meccanismi di stoccaggio della carica, con i risultati che mostrano che l'ossidazione reversibile dell'anodo ha contribuito a una parte della carica osservata, ma non ha tenuto conto di tutto questo. La scoperta suggerisce che la generazione di energia in assenza di carburante derivi da molteplici meccanismi.

Sebbene identificare i meccanismi sottostanti richiederà ulteriori ricerche, la scoperta che gli anodi di ossido di vanadio possono immagazzinare energia e fornire energia quando la riserva di carburante è esaurita potrebbe essere utile per lo sviluppo di future fonti di energia in miniatura. Le applicazioni potrebbero includere sistemi autonomi in miniatura, tecnologie militari, e altri dispositivi che devono funzionare per brevi periodi di tempo.

"Veicoli aerei senza equipaggio, ad esempio, ne trarrebbe davvero beneficio, " disse Van Overmeere. "Quando è impossibile fare rifornimento sul campo, un ulteriore aumento dell'energia immagazzinata potrebbe prolungare significativamente la durata del dispositivo".

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