Qualche volta, l’ostacolo più grosso per le nuove tecnologie sono i costi. Per esempio, la prossima generazione di celle a combustibile a idrogeno hanno bisogno di platino come catalizzatore, un metallo prezioso troppo costoso per consentire di adottare diffusamente questa tecnologia.
Le celle a combustibile sono dispositivi che convertono direttamente l’energia chimica di un combustibile in energia elettrica, senza necessità di combustione. E la nuova generazione promette di essere più compatta e con prestazioni maggiori di quelle che oggi conosciamo, sempre che si riesca a trovare un metallo meno costoso del platino.
Una lega di platino e cobalto su scala nanometrica
Ecco perché i ricercatori cinesi della Beijing University of Chemical Technology hanno ideato una lega di platino e cobalto su scala nanometrica da utilizzare come catalizzatore, riducendo drasticamente la quantità di platino necessaria per ottenere le stesse prestazioni o anche migliori.
Attualmente, le celle a combustibile più comunemente usate, quelle alcaline, sono piuttosto ingombranti, limitandone le applicazioni in quei settori come la navigazione e l’aviazione dove lo spazio è prezioso. Eppure, le celle a combustibile a idrogeno saranno necessarie nella transizione verde per tutti quei settori difficili da elettrificare con le batterie tradizionali (si pensi ad esempio ai trasporti pesanti).
PEMFC, celle a combustibile a membrana a scambio protonico
Ma, la prossima generazione di celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEMFC) sarà molto più compatta. Purtroppo, il principale catalizzatore utilizzato in una reazione chiave nelle PEMFC è il costoso platino.
Secondo i dati del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, oltre il 40% del costo delle celle a combustibile sono rappresentati dai catalizzatori di metalli del gruppo del platino. Non per nulla, la metà di tutta la produzione mondiale di platino viene utilizzata dall’industria automobilistica.
Immaginate inoltre dove finirebbero i prezzi del platino se questo metallo venisse impiegato su larga scala anche nelle celle a combustibile per gli autoveicoli! Quindi, è impossibile pensare di utilizzare questa tecnologia massicciamente se non si riesce a trovare un altro materiale catalitico o, quanto meno, a ridurre la quantità di platino necessaria senza compromettere le prestazioni.
I ricercatori cinesi hanno trovato la soluzione
Perciò, i ricercatori cinesi hanno sintetizzato un precursore platino-cobalto-carbonio (si tratta del composto che serve per produrre un secondo composto, in questo caso la lega platino-cobalto). Per ottenerlo hanno utilizzato dimetilammina borano (DMAB) come agente riducente. Questo precursore è stato riscaldato ad alta temperatura in un ambiente di idrogeno e gas argon per produrre una lega di platino-cobalto che coinvolge tre atomi di platino per uno di cobalto sotto forma di particelle su scala nanometrica.
La struttura degli elettroni in questa particolare lega platino-cobalto consente un’elevata attività sulla superficie della membrana degli elettrodi nella cella a combustibile. Di conseguenza, le prestazioni della cella a combustibile vengono migliorate e si ottiene una maggiore stabilità. La quantità di platino impiegata è realmente minore, con prestazioni migliori.
Prossimo passo: eliminare completamente il platino
Adesso, i ricercatori tenteranno di sostituire completamente il catalizzatore a base di platino, utilizzando metalli non preziosi, mantenendo o migliorando le prestazioni e la stabilità a lungo termine.
Una descrizione del suo nuovo elettro-catalizzatore platino-cobalto e della tecnica utilizzata per produrlo è stata pubblicata sulla rivista Particuology.
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