Innovazione dei nanofili: rivoluzionare le celle a combustibile con una maggiore durata

Di Los Alamos National Laboratory, 28 agosto 2023

Nanofili coassiali allineati verticalmente in un elettrodo con protoni trasportati nel nucleo ionomerico all'interno del nanofilo. Gli elettroni trasportati nel guscio del nanofilm di platino si combinano con l'ossigeno per completare la reazione del catodo della cella a combustibile. Credito LANL

Un design innovativo di celle a combustibile offre potenziali progressi per gli autotrasporti pesanti e varie altre applicazioni pulite delle celle a combustibile. Un design promettente e più durevole delle celle a combustibile potrebbe aiutare a trasformare gli autotrasporti pesanti e altre applicazioni pulite delle celle a combustibile. Costituito da nanofili meno suscettibili alla corrosione rispetto ad altri progetti, l’innovativo elettrodo – il cuore di una cella a combustibile con membrana elettrolitica polimerica – potrebbe inaugurare una nuova era per le celle a combustibile, che utilizzano l’idrogeno come energia senza emissioni per i veicoli.

“In termini reali, ciò significa che possiamo avere una cella a combustibile più durevole che garantirà un elevato risparmio di carburante per una durata di vita più lunga”, ha affermato Jacob Spendelow, uno scienziato del team del Los Alamos National Laboratory che ha descritto i suoi risultati nella rivista. Materiale avanzato. “Questo lavoro dimostra che possiamo sbarazzarci dei convenzionali supporti catalitici a base di carbonio, eliminando i problemi di degrado associati alla corrosione del carbonio, pur ottenendo elevate prestazioni delle celle a combustibile”.

La maggiore durata rende questa cella a combustibile un candidato promettente per l'uso in applicazioni di autotrasporto pesanti, dove è essenziale una longevità della cella a combustibile superiore a 25.000 ore.

L'elettrodo a nanofili coassiali (CANE) è costituito da una serie di nanofili allineati verticalmente in cui ciascun nanofilo comprende una pellicola di platino cataliticamente attiva che circonda un nucleo polimerico conduttore di ioni. Evitando i supporti catalitici a base di carbonio, il CANE elimina i comuni meccanismi di degrado associati alla corrosione del carbonio.

Per valutare la durata della nuova cella a combustibile, il team del Los Alamos National Laboratory ha condotto prove di stress accelerate. Sorprendentemente, il CANE ha perso solo il 2% delle sue prestazioni dopo essere stato sottoposto a 5.000 cicli di stress test mirati ai materiali di supporto. Al contrario, un elettrodo tradizionale a base di carbonio ha registrato uno sconcertante calo delle prestazioni dell’87%.

L'approccio dei nanofili coassiali è uno dei numerosi nuovi progetti di celle a combustibile generati presso il Los Alamos National Laboratory; un design dell'elettrodo scanalato è stato recentemente descritto in Nature Energy.

Riferimento: "Gli elettrodi coassiali a nanofili consentono un'eccezionale durata delle celle a combustibile" di Gaoqiang Yang, Siddharth Komini Babu, Wipula PR Liyanage, Ulises Martinez, Dmitri Routkevitch, Rangachary Mukundan, Rodney L. Borup, David A. Cullen e Jacob S. Spendelow, 19 giugno 2023, Materiali avanzati.DOI: 10.1002/adma.202301264

Finanziamento: questo lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento statunitense per l’energia, l’idrogeno e le tecnologie delle celle a combustibile (DOE-HFTO) attraverso il consorzio Million Mile Fuel Cell Truck, nonché il programma di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio presso il Los Alamos National Laboratory. Questo lavoro è stato svolto, in parte, presso il Center for Integrated Nanotechnologies, una struttura per gli utenti dell'Office of Science gestita per l'Office of Science del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. La microscopia elettronica è stata condotta presso il Center for Nanophase Materials Sciences, una struttura per utenti scientifici del DOE presso l'Oak Ridge National Laboratory.