Sostituire i combustibili fossili con fonti energetiche alternative più pulite. Una strada molto promettente seguita dagli scienziati è la produzione di idrogeno. Utilizzando l’energia solare, fonte pulita e rinnovabile, è possibile infatti ottenere ossigeno e idrogeno.

Per rendere il processo di produzione di idrogeno più stabile ed efficiente e adattarlo alla produzione su larga scala è fondamentale scovare nuovi materiali da impiegare nelle fuel cell.

La fisica svedese Tiva Sharifi, afferente alla Umeå University, ha compiuto degli enormi progressi in questa direzione creando un nuovo materiale composto da carbonio, azoto e ossidi di metalli di transizione. Come illustra la scienziata questo materiale potrebbe essere impiegato con successo nella produzione di dispositivi destinati alla conversione energetica:

Ho creato un elettrocatalizzatore che garantisce una stabilità e delle performance superiori in molti importanti processi di conversione dell’energia.

Normalmente l’elettrocatalizzatore viene creato in due fasi distinte. Dopo essere stato sintetizzato, l’elettrocatalizzatore viene posizionato sulla superficie del materiale conduttore. Da questo processo nasce l’elettrodo, il catodo o l’anodo, della cella elettrochimica.

Questo procedimento purtroppo comporta diversi svantaggi. In primo luogo, la cella elettrochimica funziona soltanto in laboratorio, su scala ridotta. Una criticità che rende impossibile la produzione di dispositivi di conversione dell’energia di dimensioni maggiori. In secondo luogo l’elettrodo così fabbricato non è molto resistente e ha un ciclo di vita troppo breve. Senza contare che durante la reazione elettrochimica, il materiale utilizzato per produrre il catalizzatore scivola via dal substrato del conduttore.

Per risolvere il problema Tiva Sharifi ha accorpato le due fasi della produzione dell’elettrocatalizzatore. Il materiale conduttore scelto dalla scienziata per il suo esperimento è stato il carbonio. Grazie al substrato in carbonio è possibile ottenere una buona conduttività. Inoltre la flessibilità del materiale permette di produrre dispositivi per la conversione dell’energia di diverse dimensioni in base alle esigenze.

La ricercatrice ha innestato i materiali dell’elettrocatalizzatore direttamente sul conduttore. I materiali scelti sono stati gli ossidi di metalli di transizione, come l’ossido di cobalto e l’ossido di ferro, meno costosi del platino e del rutenio impiegati dalle tecnologie attuali.

La scienziata, inoltre, ha esplorato le potenzialità dei nanotubi di carbonio dopati con azoto. Se innestati direttamente sui collettori di corrente, i nanotubi di carbonio dopati con azoto si rivelano degli elettrocatalizzatori molto efficienti, soprattutto nelle reazioni di riduzione dell’ossigeno che avvengono nelle fuel cell.

Questa tecnologia offre un grande vantaggio. La posizione dell’azoto nella struttura esagonale dei nanotubi di carbonio può infatti essere manipolata facilmente. Disponendo le molecole di azoto nei siti cataliticamente attivi è possibile conseguire una maggiore efficienza nel processo di conversione energetica.

1 aprile 2015
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