Cella combustibile a idrogeno più efficiente al mondo

I ricercatori della Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) hanno sviluppato una nuova cella combustibile a idrogeno che non solo è la più durevole al mondo fino ad oggi, ma è anche più conveniente, aprendo la strada a una più ampia applicazione dell'energia verde in la ricerca di un mondo carbon neutral.

In un articolo pubblicato da Nature Catalysis (1) si spiega che la cella a combustibile a idrogeno è un'opzione promettente per l'energia pulita in quanto genera energia convertendo idrogeno e ossigeno in elettricità, senza emissioni di anidride carbonica, particolato e altri inquinanti atmosferici che possono causare smog e altri problemi di salute (secondo i protocolli di prova del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti nella valutazione della durata delle pile a combustibile). Nonostante i suoi vantaggi ambientali e anni di sviluppo, la cella a combustibile a idrogeno non era ancora ampiamente commercializzata. Questo perché la sua generazione di energia dipende fortemente da un elettrocatalizzatore, che è in gran parte costituito dal costoso e raro metallo platino.

Gli scienziati hanno cercato di sviluppare alternative sostituendo il platino con materiali più comuni ed economici come ferro-azoto-carbonio, ma questi materiali si sono dimostrati inefficienti nella produzione di energia o hanno una scarsa durata.

Ora, un gruppo di ricerca guidato dal Professor SHAO Minhua (2) del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica dell'HKUST, ha trovato una nuova formula che non solo potrebbe ridurre la percentuale di platino utilizzata dell'80%, ma anche stabilire un record in termini di livello di durabilità della cellula.

Nonostante una bassa percentuale di platino, il nuovo catalizzatore ibrido sviluppato dal team è riuscito a mantenere l'attività catalitica del platino al 97% dopo 100.000 cicli (Un ciclo equivale a 3 secondi con livello di tensione a 0,6 V, seguito da altri 3 secondi con livello di tensione a 0,9 V) di stress test accelerato, rispetto all'attuale catalizzatore che normalmente vede un calo delle prestazioni di oltre il 50% dopo 30.000 cicli. In un altro test, la nuova cella a combustibile non ha mostrato alcun calo delle prestazioni dopo aver funzionato per 200 ore (Il livello di tensione è impostato a 0,6 V).

Uno dei motivi alla base di tali prestazioni eccezionali è stato il fatto che il nuovo catalizzatore ha tre diversi siti attivi per la reazione, invece di uno solo negli attuali catalizzatori. Utilizzando una formula contenente platino disperso atomicamente, singoli atomi di ferro e nanoparticelle di platino-ferro, la nuova miscela accelera la velocità di reazione e raggiunge un'attività catalitica 3,7 volte superiore al platino stesso. Teoricamente, maggiore è l'attività catalitica, maggiore è la potenza che eroga.

Il Professor Shao, anche Direttore dell'HKUST Energy Institute, ha affermato: «Le celle a combustibile a idrogeno sono un dispositivo di conversione dell'energia essenziale per la nostra aspirazione di raggiungere un mondo a emissioni zero, è necessario espanderne l'uso nella nostra lotta contro il cambiamento climatico. Siamo lieti di vedere i risultati della nostra ricerca avvicinare ulteriormente questo obiettivo. Grazie al Green Tech Fund del governo, cercheremo di perfezionare ulteriormente il catalizzatore e renderlo compatibile con i veicoli a celle a combustibile e altri dispositivi elettrochimici».

Lo studio è stato finanziato dal programma chiave nazionale di ricerca e sviluppo della Cina, dal Comitato per l'innovazione scientifica e tecnologica di Shenzhen e dal Consiglio di sovvenzioni per la ricerca della regione amministrativa speciale di Hong Kong.

Riferimenti:

(1) Atomically dispersed Pt and Fe sites and Pt–Fe nanoparticles for durable proton exchange membrane fuel cells

(2) Minhua SHAO

Descrizione foto: (Sinistra) Il nuovo catalizzatore ibrido mantiene l'attività catalitica del platino al 97% dopo 100.000 cicli di stress test accelerato; (A destra) Il nuovo elettrocatalizzatore contiene platino disperso atomicamente, singoli atomi di ferro e nanoparticelle di platino-ferro. - Credit: HKUST.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: HKUST Develops World’s Most Durable Hydrogen Fuel Cell