L’accordo COP21 di Parigi prevede che nel 2030 circolino 100 milioni di veicoli elettrici (veicoli elettrici, EV, veicoli elettrici ibridi plug-in, PHEV, veicoli elettrici a celle a combustibile, FC). Le celle a combustibile polimeriche a conduzione protonica (PEMFCs) o anionica (AEMFCs) operanti a temperature tra i 50 °C e i 150 °C sono indubbiamente di grande interesse per le possibili applicazioni nel settore dei trasporti.
Questi dispositivi sono stati studiati dal Progetto FLEXILAB, Progetto "Dipartimenti di Eccellenza" 2018-2022, concentrandosi sullo sviluppo di nuovi materiali per la produzione di celle a combustibile più efficienti, più sostenibili e meno costose.
Intervistiamo il Prof. Piercarlo Mustarelli, professore di Chimica Fisica del Dipartimento di Scienza dei Materiali e work package leader di questa attività di ricerca, per capire perché questo tipo di dispositivi sia così importante e quali sono stati i risultati raggiunti durante il progetto.
Quali sono i vantaggi nell’utilizzo delle celle a combustibile?
Le celle a combustibile permettono di ridurre le emissioni di gas serra più velocemente di qualsiasi altra tecnologia. Allo stesso tempo però si tratta di un mercato molto impegnativo che richiede significativi sviluppi tecnologici, ad esempio relativamente alla temperatura di esercizio, all'avvio rapido e alla capacità di seguire rapidi cambiamenti di carico.
Lo sviluppo di celle a combustibile polimeriche di nuova generazione richiede lo sviluppo di nuove membrane elettrolitiche capaci anche di operare a temperature dell'ordine di 120-150 °C in condizioni di bassa umidità e la disponibilità di nuovi elettrocatalizzatori (EC) nanostrutturati in grado di funzionare con meno platino. In alternativa, è possibile passare dalle membrane a conduzione protonica (attuale standard di mercato) a quelle a conduzione anionica, che possono consentire l’uso di catalizzatori privi di metalli nobili.
Quali obiettivi si è prefissato il progetto FLEXILAB in questo ambito e quali azioni sono state intraprese?
La ricerca all’interno del progetto in questo campo si concentra sulla sintesi e la funzionalizzazione di polimeri e catalizzatori ottimizzati per la realizzazione di nuovi tipi di celle a combustibile ad elevate prestazioni e a basso impatto ambientale.
I materiali sono stati assemblati in prototipi utilizzati per una loro caratterizzazione funzionale, anche per quanto riguarda la stabilità nel tempo.
Quali sono stati i risultati raggiunti?
Abbiamo ottenuto nuove membrane, soprattutto a conduzione anionica, in grado di offrire elevate prestazioni anche a temperature inferiori a 100 °C. Le membrane sono state messe a punto utilizzando processi di chimica verde, in un’ottica di sostenibilità ambientale. Per quanto riguarda i catalizzatori, sono stati messi a punto processi per ottenere, a partire da biomasse di scarto o rifiuti urbani, materiali nanostrutturati a base carboniosa che appaiono molto promettenti per l’uso in cella a combustibile.