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Quasi-anhydrous and dry membranes for next generation fuel cells

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Materiali qualitativamente superiori per le celle a combustibile delle automobili

Le membrane a elettroliti rappresentano un componente critico delle celle a combustibile, le cui prestazioni incidono sulla conduttività, l’efficienza e la temperatura di esercizio. Nuovi materiali per membrane e catalizzatori consentiranno ai ricercatori di superare taluni ostacoli che caratterizzano il settore delle applicazioni automobilistiche.

Energia

Le celle a combustibile e le tecnologie a idrogeno diventeranno importanti protagonisti nella riduzione delle emissioni di gas serra, oramai considerate da tutti come elemento che influenza i cambiamenti climatici globali. I materiali e le tecnologie alla base delle attuali celle a combustibile sono soggetti a limitazioni in termini di prestazioni dipendenti dalla temperatura, che impediscono a tali strumenti di funzionare in modo efficace alla temperatura di esercizio di 120 gradi Celsius richiesta per le applicazioni automobilistiche. Per superare tali ostacoli, gli scienziati hanno avviato il progetto QUASIDRY (“Quasi-anhydrous and dry membranes for next generation fuel cells”), finanziato dall’UE, concentrandosi su nuove membrane polimeriche fosfoniche funzionalizzate con acido, la cui conducibilità protonica aumenta invece di diminuire con la temperatura. Un importante traguardo raggiunto nell’ambito dell’iniziativa consisteva nella massimizzazione della conducibilità delle nuove membrane a elettroliti delle celle a combustibile. I ricercatori hanno scoperto che le membrane funzionalizzate con materiali misti a conduzione protonica, ovvero gruppi sulfonici-fosfonici o fosfonici-fosfonici, presentavano proprietà potenziate rispetto a quelle osservate per i gruppi in isolamento. I valori di conducibilità sperati sono stati raggiunti con due classi di membrane e i nuovi approcci hanno apportato un enorme contributo a questo campo di indagine. Gli elettrodi delle celle a combustibile sono composti dai catalizzatori, che velocizzano le reazioni chimiche necessarie per produrre elettricità, e dai cosiddetti supporti catalitici. QUASIDRY ha sviluppato con successo entrambi i nuovi catalizzatori con attività potenziata e/o stabilità elettrochimica con un funzionamento ad alte temperature e con supporti con una resistenza alla corrosione potenziata e un’ampia area superficiale. Nel complesso, gli scienziati hanno ideato quattro nuove classi di membrane e tre nuovi catalizzatori ed elaborato un’idea di miglioramento della compatibilità di fusione polimerica, analizzati nell’ambito di uno studio condotto su una serie di condizioni e di architetture di celle dal quale sono emersi importanti miglioramenti in termini di materiali di riferimento. Un ulteriore sviluppo del potenziale delle nuove membrane polimeriche realizzate nell’ambito del progetto QUASIDRY potrebbe determinare la nascita di una tecnologia delle celle a combustibile per le applicazioni dei trasporti di rilevanza mondiale.

Parole chiave

Cella a combustibile, membrane a elettroliti, temperatura di esercizio, catalizzatori, anidro

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