Membrane e materiali per celle a combustibile

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Celle a combustibile a ossido solido (SOFC)

Le celle a combustibile a ossido solido utilizzano un elettrolita a ossido solido per condurre gli ioni negativi di ossigeno dal catodo della cella a combustibile all'anodo. I nostri materiali per ossidi solidi includono una varietà di zirconi stabilizzati con ittrio (YSZ), manganite di lantanio e stronzio (LSM), ceria drogata con gadolinio (GDC) e altri materiali ceramici specificamente progettati per migliorare la durata e le prestazioni delle applicazioni SOFC.

Celle a combustibile a membrana a scambio di protoni (PEM)

Le celle a combustibile a membrana a scambio di protoni (PEM), chiamate anche celle a membrana a elettrolita polimerico, funzionano a temperature relativamente basse (~ 80 °C).Nelle celle a combustibile PEM, una membrana polimerica conduce i protoni dall'anodo al catodo bloccando gli elettroni, utilizzando l'elettrolisi dell'acqua per produrre energia.

Componenti delle celle a combustibile

I dispositivi a celle a combustibile sono spesso composti da più celle a combustibile collegate in serie per formare uno stack, che aumenta la quantità totale di elettricità generata. Ogni singola cella a combustibile contiene tre componenti primari: due elettrodi (anodo e catodo) e un elettrolita conduttore. Nel caso delle celle a combustibile PEM, ogni elettrodo è costituito da un materiale poroso ad alta superficie impregnato di un elettrocatalizzatore, in genere platino o una lega di platino. Il materiale elettrolitico è una membrana polimerica che funge da conduttore ionico.

Per le celle a combustibile che funzionano con H₂ puro, l'idrogeno gassoso viene scisso in protoni ed elettroni all'anodo. I protoni vengono condotti attraverso la membrana elettrolitica e gli elettroni scorrono intorno alla membrana, generando una corrente elettrica. Gli ioni carichi (H⁺ ed e^-) si combinano con l'ossigeno al catodo, producendo acqua e calore.

Catalizzatori delle celle a combustibile

Il platino mostra un'elevata attività per l'ossidazione dell'idrogeno e continua a essere un materiale elettrocatalizzatore frequentemente utilizzato. Una delle principali aree di ricerca sulle celle a combustibile è stata la riduzione del contenuto di platino senza una concomitante diminuzione delle prestazioni della cella, con un aumento complessivo del rapporto costo-efficacia del dispositivo.Ciò è possibile grazie all'uso di catalizzatori ingegnerizzati realizzati con nanoparticelle di platino supportate su carbonio conduttivo (738581, 738549, e 738557). Questi materiali hanno il vantaggio di avere nanoparticelle altamente disperse, un'elevata area superficiale elettrocatalitica (ESA) e una crescita minima delle particelle a temperature elevate, anche a livelli elevati di carico di Pt.

Le leghe contenenti Pt sono utili per i dispositivi che funzionano con fonti di carburante specializzate, come il metanolo o il riformato (H₂, CO₂, CO e N₂). le leghe Pt/Ru, ad esempio, hanno mostrato prestazioni maggiori rispetto agli elettrocatalizzatori di Pt puro per quanto riguarda l'ossidazione del metanolo e l'avvelenamento da monossido di carbonio. Pt₃Co è un altro catalizzatore di interesse (in particolare per i catodi delle PEMFC) e ha dimostrato prestazioni migliori per la reazione di riduzione dell'ossigeno e un'elevata stabilità. Vulcan^® XC72 è un nero di carbonio mesoporoso, utilizzato come supporto catalitico. La sua elevata area superficiale specifica e l'eccellente conducibilità elettrica contribuiscono a migliorare le prestazioni delle PEMFC e a regolare le dimensioni delle nanoparticelle di catalizzatore nella catalisi.

Membrane per celle a combustibile

Quando si sceglie un elettrolita per celle a combustibile si considerano diversi requisiti chiave. Le proprietà desiderate includono un'elevata conducibilità protonica, un'alta stabilità chimica e termica e una bassa permeabilità ai gas. Aquivion^® D79-25BS è una dispersione di ionomeri di acido perfluorosolfonico (PFSA) utilizzata nella fabbricazione di membrane di separazione PEM e come componente di catalizzatori eterogenei. Aquivion^® D79-25BS ha un'altissima concentrazione di gruppi funzionali per una forte conducibilità del protone (o Na+, K+, Li+, ecc.), presenta un'alta concentrazione di gruppi funzionali per una forte conducibilità del protone.), presenta un elevato punto di rammollimento per il funzionamento ad alta temperatura, ben oltre gli 80 ºC, e dimostra una forte ritenzione idrica per un migliore funzionamento delle celle a combustibile in condizioni di bassa umidità per le membrane o gli inchiostri catalitici che utilizzano questo materiale di dispersione.