Nuovi materiali per le celle a combustibile ad alte temperature

Le celle a combustibile con membrana di scambio protoni a bassa temperatura (HT PEMFC) che generano elettricità dall’idrogeno attraverso la correzione di gasolio o metanolo hanno attirato un notevole interesse per i caricabatteria a bordo. Rispetto ai PEMFC convenzionali che operano a temperature relativamente basse, offrono vantaggi significativi, tra cui un’elevata tolleranza agli inquinanti, una minore complessità e nessun bisogno di gas umidificati. Tuttavia, una sfida associata al funzionamento ad alte temperature migliorerà tutti i materiali della pila.

Con questa premessa, l’UE ha finanziato il progetto ARTEMIS (“Automotive pemfc range extender with high temperature improved meas and stacks”). Il progetto sta sviluppando materiali alternativi per una nuova generazione di MEA che saranno integrati in una pila PEMFC ad alta temperatura da 3 kW. I MEA saranno basati su nuove membrane costituite da fibre sintetiche con un alto punto di fusione e strati catalitici migliorati. Queste ultime richiedono un caricamento inferiore e offrono un’elevata efficienza ad alte temperature oltre a un’elevata tolleranza agli inquinanti.

Finora, sono stati dedicati grandi sforzi alla definizione di protocolli per la caratterizzazione, l’analisi e la convalida dei materiali in fase di sviluppo (membrane, catalizzatori e componenti delle pile). ARTEMIS ha innanzitutto fabbricato i MEA con materiali commerciali di riferimento e poi ha integrato progressivamente i componenti appena sviluppati nei MEA per valutare la loro compatibilità. I materiali appena sviluppati sono leggeri, mentre mantengono la loro forza meccanica, la loro stabilità chimica e la loro conducibilità.

È stata posta l’attenzione sullo sviluppo di membrane a polimeri altamente acidificati, su catalizzatori di anodi e catodi e su supporti che sono in grado di sopportare temperature elevate. Inoltre, gli scienziati hanno fatto avanzare lo sviluppo di piastre di celle in polimeri di carbonio. I risultati ottenuti dalla verifica dei materiali e dei MEA dovrebbero consentire agli scienziati di comprendere i passi di fabbricazione richiesti per ottenere prestazioni superiori in modalità di stato stabile.

Le celle a combustibile stanno contribuendo agli ambiziosi obiettivi UE 2020 di riduzione delle emissioni dei gas serra e di miglioramento dell’efficienza energetica. Di conseguenza, ARTEMIS sta facendo notevoli progressi per aiutare a sviluppare materiali ad elevate prestazioni che saranno integrati in pile PEMFC che operano a temperature elevate.