Le auto elettriche saranno molto più diffuse quando potranno funzionare grazie a celle a combustibile efficienti ed economiche al posto delle pesanti batterie attuali. Ci sono degli studi in corso che puntano al netto miglioramento delle performance di tali celle.

Un recente studio, effettuato in collaborazione tra la Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) e la Technischen Universität (TU) di Darmstadt in Germania, ha trovato che i catalizzatori ferro-azoto sono in grado di sostituire il platino. I risultati sono stati appena pubblicati sul Journal of American Chemical Society.

Nelle celle a combustibile si parte dall’idrogeno (H) per trasformare l’energia in esso contenuta in energia elettrica grazie alla combustione dell’ossigeno (O2) presente nell’aria con la creazione, come prodotto di “scarto”, di molecole d’acqua (H2O). La combustione “a freddo” di idrogeno e ossigeno richiede che l’anodo e il catodo siano rivestiti di materiali che facciano da catalizzatori e che siano molto attivi.

Finora si è usato il platino, all’interno della struttura del grafene. Si tratta però di un metallo molto costoso e la sua presenza pesa dal punto di vista economico, per il 25% dell’intero costo di una cella. Peter Bogdanoff, ricercatore della HZB spiega come fossero già stati fatti esperimenti in passato in cui si sono stati provati, come catalizzatori, composti organometallici come le porfirine legate a ferro o cobalto. Si era così arrivati ad un record mondiale per la più alta densità di centri cataliticamente attivi costituiti da vari composti nitro-metallici, record mantenuto fino al 2011.

Le recenti ricerche sono riuscite a isolare dei complessi costituiti da un atomo di ferro e da 4 atomi di azoto (FeN4) inglobati nella struttura del grafene, che permettono di raggiungere i livelli di efficienza nella catalisi, dimostrati dal platino. In realtà questo si era scoperto già diversi anni fa, la novità è stata la purificazione da tutti gli altri composti eterogenei che venivano creati durante la preparazione dei materiali. Come spiega Ulrike Kramm, della TU Darmstadt:

Il processo di purificazione ci consente ora di creare catalizzatori avendo esclusivamente centri FeN4. Ciò ci permette di selezionare successivamente composti da aggiungere in seguito come promotori che migliorano ulteriormente il livello di attività o la stabilità di questi catalizzatori.

È stato dimostrato che non erano i promotori (come si credeva) che rendono così attive le particelle di FeN4, per farlo sono state utilizzate tecniche raffinate che hanno permesso di conoscere meglio anche la struttura dei centri catalitici. Ulrike Kramm spiega quali sono:

Per verificare questa ipotesi, abbiamo impiegato numerose tecniche di misurazione complesse come la spettroscopia Mössbauer, la spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica e la spettroscopia di assorbimento di raggi X.

29 gennaio 2016
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