Da molto tempo gli scienziati studiano come sviluppare pile a combustibile dalle prestazioni elevate per alimentare i veicoli elettrici rispettando l’ambiente. Recentemente, il Prof. Chen Tsan-Yao presso il Department of Engineering and System Science ha realizzato un’importante innovazione impiegando onde ultrasoniche per praticare piccolissime scanalature sulla superficie di vari materiali, che insieme a un catalizzatore al platino su scala atomica permettono di raddoppiare l’efficienza della pila a combustibile alcalina.
Questo catalizzatore decuplica l’intensità della corrente generata dalla riduzione dell’ossigeno senza che vi sia degradazione per otto mesi di funzionamento continuo, al contempo riducendo il costo di produzione del 90%; queste celle hanno durata compresa fra due e tre anni.
Questa ricerca pionieristica è stata pubblicata e selezionata come documento di riferimento dei materiali energetici nel numero di febbraio di “Nature Communications”. Il Prof. Chen ha affermato che sta attualmente sviluppando una correlazione di dimensioni quantistiche nel catalizzatore per rendere le cellule ancora più economiche ed efficienti.
Una cella a combustibile è un dispositivo di generazione di energia per convertire l’energia chimica in energia elettrica. Le AFC sono più sicure e più efficienti delle batterie acide e quindi sono ampiamente utilizzate in veicoli spaziali e satelliti. Il catalizzatore è il componente chiave nelle prestazioni delle celle a combustibile. Il Prof. Chen ha detto che ci sono molti fattori che influenzano l’efficienza del catalizzatore, specialmente le dimensioni. Allo stesso volume, minori sono le particelle del catalizzatore, maggiore è la superficie e maggiore è la prestazione. Tuttavia, se le particelle sono troppo piccole, diventano instabili e perdono rapidamente la loro efficienza. Pertanto, la sfida di Chen era trovare un modo per ridurre le dimensioni e aumentare la stabilità.
Chen ha detto che la bibita del caffè lo ispira nelle strategie. Nel 2016, durante una conversazione con un proprietario di un bar, ha scoperto che, a seconda dell’ordine in cui il caffè e la soda sono versati nel bicchiere, la dolcezza, il gusto e la quantità di bolle sono molto diversi. Di conseguenza, i suoi assistenti di ricerca hanno invertito l’ordine nella crescita dei cristalli. A differenza del metodo tradizionale, aggiungono nuovi materiali ogni dieci secondi e interrompono la reazione in pochi secondi, il che si traduce nei catalizzatori del trimmer Pt.
Non sorprende che inizialmente gli studenti di Chen nutrissero qualche dubbio sul suo approccio non ortodosso. Con centinaia di guasti, hanno finalmente realizzato i catalizzatori del trimmer Pt che sono rimasti stabili mantenendo un’elevata attività nelle AFC. Chen ha detto che la quantità di platino utilizzata nel suo catalizzatore atomico è solo dell’1%, rispetto al 35% del catalizzatore commerciale medio; e la densità di massa è aumentata di 30 volte.
