Catalizzatori per le celle a combustibile con poco o senza platino
Catalizzatori basati su platino (Pt) o su una lega di platino all’anodo e al catodo dell’assemblato membrana elettrodi (MEA) rendono più veloci le reazioni chimiche che generano il flusso o la corrente di elettroni. I catalizzatori sono appoggiati su substrati solidi spesso a base di materiali in carbonio. Questi supporti sono soggetti a degradazione, facendo diminuire la durata del dispositivo e portando alla necessità di un carico di Pt più elevato. Il progetto CATAPULT (Novel catalyst structures employing Pt at ultra low and zero loadings for automotive MEAs), finanziato dall’UE, sta sviluppando la tecnologia per risolvere questo problema. Gli scienziati si stanno concentrando sia sui rivestimenti Pt ultra sottili che su quelli a film esteso, oltre che su catalizzatori basati su un metallo non del gruppo del Pt (PGM), e persino su ibridi dei due tipi. Inoltre, l’utilizzo di strutture fibrose come supporti del catalizzatore è un concetto emergente per via del loro alto rapporto tra area della superficie e volume, oltre che del volume di vuoto generato dal loro compattamento. Già nel corso dei primi 18 mesi il team ha fatto vedere risultati che vanno al di là degli obbiettivi originari. Gli scienziati hanno sviluppato un catalizzatore a basso carico di Pt la cui attività di massa molto alta (corrente generata per milligrammo di Pt) supera gli ambiziosi obbiettivi del progetto. Sono stati inoltre preparati cinque nuovi catalizzatori non-PGM basati su strutture metallo organiche e che hanno un’attività di massa superiore rispetto all’attuale stato dell’arte. Infine, un ibrido formato da ferro e un catalizzatore con bassissimo Pt ha mostrato una eccellente attività elettrochimica. CATAPULT sta anche producendo strutture di supporto resistenti alla corrosione fibrose e tubolari mediante elettrofilatura, una tecnica innovativa che consente la creazione controllata di nanomateriali 1D. La conduttività desiderata e la stabilità elettrochimica sono già state ottenute con diversi materiali tipo ossidi a nanofili e nanotubi. Dei modelli migliorati della dinamica molecolare su larga scala hanno significativamente diminuito il tempo di calcolo relativo ai metodi convenzionali (teoria del funzionale della densità) e stanno indicando dei sistemi di supporto senza carbonio più promettenti. La dimostrazione di un basso utilizzo di Pt e della ridotta degradazione del supporto relativi ai catalizzatori MEA aprirà la strada a una diffusa commercializzazione di veicoli alimentati da celle a combustibile. Il risultato ottenuto dal consorzio CATAPULT porterà l’UE all’avanguardia in questo enorme mercato globale.
Parole chiave
Platino, cella a combustibile, catalizzatore, assemblato membrana elettrodi
