La conoscenza porta al miglioramento
Le celle a combustibile sono dispositivi di conversione elettrochimica che possono utilizzare una vasta gamma di combustibili e produrre sottoprodotti innocui come calore e acqua. Come le batterie, convertono direttamente l'energia chimica in elettricità senza alcun processo di combustione e le emissioni indesiderate che contribuiscono al cambiamento climatico mondiale. Le celle a combustibile sono uno dei pilastri del programma di energia alternativa dell'UE. I principali componenti della cella sono due elettrodi (anodo e catodo) e un elettrolita o elemento conduttore di ioni posto tra di essi. Il combustibile ricco di idrogeno partecipa a una reazione chimica in corrispondenza dell'anodo per produrre elettroni e ioni. Gli elettroni vengono spinti attraverso un circuito esterno verso il catodo e gli ioni attraversano l'elettrolita per partecipare a una reazione con l'ossigeno in corrispondenza del catodo. La natura dell'elettrolita determina ampiamente il tipo di cella a combustibile. Le celle a combustibile ad ossidi solidi (SOFC), come suggerisce il nome, utilizzano un elettrolita solido. Le SOFC sono tra le tecnologie di celle a combustibile più promettenti, ma l'ottimizzazione dipende ampiamente dall'aumento delle conduttività dell'elettrolita degli ioni o dei protoni di idrogeno (H+) e degli ioni di ossigeno (O2-). Gli scienziati finanziati dall'UE che lavorano al progetto NMRSOFC hanno impiegato la spettroscopia a risonanza magnetica nucleare (NMR), la tecnica di determinazione strutturale più accurata che esista, per studiare le dinamiche di H+/O2- in una SOFC attiva. Gli studi dettagliati sulla NMR del materiale elettrolita zirconato di bario drogato con ittrio (BZY) hanno dimostrato che i limiti del trasporto dei protoni sono causati da un fenomeno detto "intrappolamento dei protoni". Studi simili sull'idrogenofosfato di cesio (CsH2PO4) hanno spiegato i complessi meccanismi di trasporto di protoni e le relazioni con i cambiamenti di temperatura. Studi sperimentali sulla NMR insieme al modellamento matematico hanno evidenziato i meccanismi a cui è soggetta la mobilità dell'ossigeno e dell'idrogeno nello stannato di bario drogato con ittrio idratato (BaSn1-xYxO3-x/2). Gli scienziati hanno inoltre pubblicato un importante rapporto in cui è descritto un procedimento per aumentare la risoluzione della spettroscopia della NMR. Le SOFC rappresentano una parte importante dei programmi UE per sviluppare fonti energetiche rinnovabili alternative ai combustibili fossili. Sono molto efficienti, silenziose e prive di emissioni, e possono usare una vasta gamma di combustibili ricchi di idrogeno. Gli scienziati del progetto NMRSOFC hanno contribuito notevolmente al miglioramento delle SOFC, caratterizzando il trasporto di ioni in promettenti elettroliti solidi, e questo promuoverà la diffusa accettazione del mercato di questa tecnologia.
