Arriva dalla Corea del Sud e più precisamente dall’Istituto di Scienza e Tecnologia di Daegu Gyeongbuk l’ultimo progresso nel campo delle tecnologie dell’idrogeno. Qui un gruppo di scienziati ha migliorato l’operatività delle celle a combustibile mettendo mano ad uno degli ingredienti che entrano in gioco nella reazione di riduzione dell’ossigeno. E riuscendo in un’impresa abbastanza ardua. Ma per capire la portata dell’innovazione è bene compiere qualche passo indietro.
Il Catalizzatore delle Celle a Combustibile
Le celle a combustibile funzionano combinando idrogeno e ossigeno per produrre elettricità, con il platino (Pt) che svolge un ruolo cruciale come catalizzatore per accelerare l’intero processo. Nel dettaglio questo metallo prezioso si è rivelato essere il materiale più efficiente nel sostenere la reazione di riduzione dell’ossigeno. Peccato che la sua applicazione pratica sia fortemente limitata dal costo e dall’alto dosaggio.
Nonostante il prezzo del platino sia crollato del 38% lo scorso anno, le quotazioni – oggi in ripresa – ne fanno sempre e comunque un metallo molto caro (26,92 €/g l’8 settembre 2024); da usare con parsimonia nelle produzioni su larga scala per non far lievitare la spesa complessiva. Ma la questione economica non è l’unica da prendere in considerazione. Anche la sua relativa instabilità rappresenta un problema.
Le leghe Platino-AEM
Una delle soluzione a tutti questi problemi è rappresentata dalle leghe di platino. In particolare con metalli alcalino-terrosi (AEM) come calcio, stronzio o magnesio, elementi abbondanti ed economici. Sulla carta queste “miscele” promettono di essere attive e altamente stabili per le applicazioni delle fuel cell.
Secondo studi teorici condotti dall’Università del Texas a Austin la sinergia tra platino e magnesio, ad esempio, è molto forte e impedisce alla lega di degradarsi nel tempo. Il catalizzatore rimane quindi attivo per periodi più lunghi, il che è determinante per varie applicazioni.
Perché allora soluzione non è stata utilizzata prima? La risposta risiede nelle difficoltà legate alla sintesi di queste leghe in forma di nanoparticelle. I metalli alcalino-terrosi presentano, infatti, potenziali di riduzione molto negativi, complicando il processo di produzione. Superare questo ostacolo per lo sviluppo di catalizzatori più efficienti è stato l’obiettivo della ricerca sudcoreana.
La nuova lega Platino-Magnesio
Il professor Jong-Sung Yu e i suoi collaboratori hanno sintetizzato una lega platino-magnesio tramite l’approccio della fase di soluzione. Il percorso di sintesi si avvale di tre fasi sistemiche – solvolisi; lega e ordinamento atomico; creazione di una pellicola ricca di Pt – ed è descritto in dettaglio nella pubblicazione su Nature Communications.
Le parole del professore Jong-Sung Yu sono chiare e dirette: “La maggior parte dei catalizzatori per celle a combustibile ha problemi di durata e di costo, ma superando la sfida della sintesi, le nostre nanoparticelle di platino-magnesio risolvono questi problemi combinando l’eccellente velocità di reazione del platino con la stabilità a lungo termine del platino”.
Celle a combustibile: superati gli Standard del DOE del 2025
Le parole del docente hanno avuto anche conferma dai risultati sperimentali: il nuovo catalizzatore in lega di platino e magnesio supera gli standard di prestazione stabiliti dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti per il 2025.
In particolare l’attività del catalizzatore è di 0,50 A/mg di Platino a 0,9 V, e, dopo circa 30.000 cicli di utilizzo diminuisce solo a 0,48 A/mg.
Questo nuovo sviluppo non solo rende le celle a combustibile più efficienti ma apre anche la strada all’uso delle nanoparticelle di platino-magnesio in altre tecnologie energetiche, come la produzione di idrogeno e altre reazioni elettrochimiche.
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