Una ricerca italiana ha scoperto come migliorare l’efficienza delle fuel cell sfruttando l’umidità. La scoperta si deve al lavoro di un’équipe di scienziati del CNR IOM/SISSA coordinata da Stefano Fabris, fisico presso la Scuola Internazionale di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste.

I ricercatori italiani hanno individuato una reazione che può essere paragonata a una sorta di “flipper dei protoni”. Questo meccanismo può rendere più efficienti le celle a combustibile, che trasformano l’energia chimica in elettricità senza generare gas serra.

Le simulazioni al computer hanno permesso ai ricercatori di ottenere dati più affidabili sulle reazioni che avvengono nell’interfaccia tra il catalizzatore e un liquido. Questi strati atomici finora rimanevano un mistero proprio per via delle difficoltà di misurazione. A spiegare la complessità del fenomeno è lo stesso Fabris:

Le condizioni di pressione e temperatura impediscono una visione diretta a livello sperimentale. Bisogna perciò trovare altre strade per indagare questo tipo di fenomeni, come appunto le simulazioni numeriche.

Nella ricostruzione al computer il sistema fisico è stato ricostruito nel dettaglio, permettendo ai ricercatori di osservare in tempo reale le reazioni che avvengono nell’interfaccia:

In primo luogo abbiamo visto che l’acqua a contatto col catalizzatore si scompone, in parte, in ioni di idrogeno, ossia protoni, e in ioni idrossido (OH-).

La scoperta più interessante è stata il fenomeno che avveniva dopo la scomposizione, noto come “proton chain”:

Una specie di flipper in cui i gruppi OH- si passano incessantemente un protone libero, legandolo e rilasciandolo. Nel processo si formano e disgregano continuamente molecole d’acqua, mentre i protoni continuano a rimbalzare e a viaggiare per lunghe distanze lungo la superficie.

Questo movimento agevola il trasporto delle molecole, migliorando il processo di catalisi. Lo studio ha scoperto che la presenza di umidità è in grado di incrementare le prestazioni del catalizzatore.

Queste scoperte potranno essere utilizzate per produrre fuel cell più efficienti e competitive. Lo studio italiano è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Journal of the American Chemical Society.

3 agosto 2016
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