Materiali catalizzatori a basso costo per le celle a combustibile
Le celle a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC) alimentate a idrogeno, un combustibile a zero emissioni, rappresentano una scelta molto attraente da usare nei veicoli a celle a combustibile. Innanzitutto, le PEMFC scindono l’idrogeno gassoso nei suoi protoni ed elettroni costituenti vicino a un elettrodo. Poi il flusso di elettroni genera energia elettrica, prima che gli elettroni e i protoni si ricombinino con l’ossigeno ridotto vicino al secondo elettrodo, formando acqua come unico sottoprodotto. Nonostante questa tecnologia possa vantare un’elevata efficienza di conversione dell’energia, la reazione che genera l’ossigeno ridotto richiede un costoso elettrodo in platino. Questo prezioso catalizzatore metallico è uno dei fattori chiave ad influire sul costo, e rappresenta quindi la principale barriera all’introduzione delle celle a combustibile nel mercato di massa. Per soddisfare i requisiti di efficienza, durata e costo per le celle a combustibile, gli scienziati hanno iniziato il progetto CATHCAT (Novel catalyst materials for the cathode side of MEAs suitable for transportation applications), finanziato dall’UE. Hanno sviluppato nuovi catalizzatori con leghe basate sul platino o il palladio come primo costituente e sulle terre rare come secondo costituente. Le simulazioni al computer delle reazioni catalitiche hanno rivelato che l’attività catalitica aumenta quando gli atomi del platino sono estesi, ma l’estensione massima possibile è tuttavia limitata. Il team ha usato diversi metodi elettrochimici per produrre nanoparticelle di leghe di platino e palladio, tra cui metodi basati sul vuoto. A seconda del metodo, gli atomi distribuiti a caso nelle leghe formavano strutture cristalline o policristalline ordinate. I risultati hanno dimostrato che gli atomi di platino o palladio stratificati su elementi di terre rare si aggregano più facilmente rispetto agli atomi di platino puri, e che questa aggregazione aumenta notevolmente l’efficienza catalitica. In particolare, le nuove nanoparticelle sviluppate hanno rivelato un’attività catalitica cinque volte più alta rivelandosi ancora molto stabili. Il costo elevato del platino e di altri metalli preziosi è un grande ostacolo alla commercializzazione delle PEMFC. Limitando l’impiego elevato o persino sostituendo il platino permette una riduzione notevole dei costi delle PEMFC. Questo le dovrebbe rendere più idonee per le applicazioni nel settore dei trasporti, permettendone una maggiore diffusione sul mercato.
Parole chiave
Materiali catalizzatori, celle a combustibile, platino, PEMFC, CATHCAT, palladio, metalli delle terre rare
