Celle a combustibile di prossima generazione efficienti in termini di costi
Le tecnologie delle celle a combustibile basate su tecnologie della membrana polimerica (PEM) hanno il potenziale per rivoluzionare i trasporti, aumentando enormemente l’efficienza del carburante e riducendo l’impatto ambientale. Tuttavia, per diventare sostenibili nel mercato, i costi devono essere ridotti. Quasi tutte le attuali celle a combustibile PEM usano particelle di platino su supporti porosi di carbonio per catalizzare sia l’ossidazione dell’idrogeno che la riduzione dell’ossigeno. A eccezione dei catalizzatori, finora il lavoro si è concentrato molto poco su altri aspetti degli strati attivi che svolgono un ruolo fondamentale nelle prestazioni della cella a combustibile. Il progetto PEMICAN (PEM with innovative low cost core for automotive application) ha compiuto dei nuovi passi in avanti nello sviluppo dello strato attivo. PEMICAN ha proposto di ridurre il costo del catalizzatore a 0,15 g di platino per kW. A questo scopo, esso si è concentrato sull’aumento dell’uso del catalizzatore e della densità energetica attraverso il miglioramento delle proprietà di trasporto degli strati attivi. Questo approccio è stato combinato con la riduzione del carico del catalizzatore attraverso la sua distribuzione a uno strato molto sottile dalla parte dell’anodo e a gradienti da quella del catodo. Per questo, sono stati dedicati degli sforzi per introdurre degli elettroliti specifici e nerofumo negli strati attivi. Queste nuove materie prime hanno aiutato a migliorare i trasferimenti di carica e gas, aumentando la corrente elettrica fornita e di conseguenza la densità energetica. Per ridurre il carico del catalizzatore, i partner hanno posizionato il platino in siti dove esso è più utile. I test hanno dimostrato che un’elevata densità energetica era difficile da raggiungere con un obbiettivo relativo al carico del catalizzatore così basso (ovvero 0,15 g/kW). In futuro, la priorità sarà quella di aumentare la densità energetica fino idealmente a 1 W per metro quadrato, anche se per questo saranno necessari carichi del catalizzatore più elevati. I partner sono riusciti solo a diminuire il carico del platino da 1 a 0,57 g per il platino. Un altro risultato è stato lo sviluppo di un modello di una rete di pori dello strato catalizzatore del catodo. Le simulazioni hanno mostrato che elettrodi non uniformi hanno un impatto positivo sulle prestazioni della cella a combustibile PEM, mentre quanto più sottile è l’elettrodo e tanto più efficiente sarà il catalizzatore al platino. Le scoperte del progetto contribuiranno a diminuire i costi della cella a combustibile PEM, consentendo perciò lo sviluppo di un mercato di massa per il suo impiego nel settore automobilistico. Anche se l’attenzione era concentrata sul platino puro, i risultati del progetto dovrebbero essere anche utili nel caso di platino non puro, che offre ulteriori riduzioni del costo.
Parole chiave
Celle a combustibile, platino, membrana elettrolitica polimerica, strati attivi, automobilistico, densità energetica
