La schiuma di melammina carbonizzata, introdotta da un team guidato da Jaephil Cho presso l'Ulsan National Institute of Science and Technology (Corea), è un nuovo elettrocatalizzatore altamente efficiente per la riduzione dell'ossigeno nelle celle a combustibile e nelle batterie e fornisce una soluzione con cui è possibile ridurre i costi, pur fornendo celle a combustibile e batterie metallo-aria altamente efficienti.
Un team di scienziati coreani e americani ha recentemente presentato un nuovo materiale per elettrodi a base di schiuma di melammina e nerofumo, materiali economici. L'elevata porosità facilita notevolmente il rapido trasporto di massa, mentre l'alto numero di centri cataliticamente attivi aumenta drasticamente l'attività di riduzione dell'ossigeno dei catodi per celle a combustibile e batterie metallo-aria.
La reazione che avviene ai catodi delle celle a combustibile e delle batterie metallo-aria è la riduzione elettrochimica dell'ossigeno, ovvero la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR). Questa reazione è notevolmente inibita a causa della sua bassa velocità, e l'efficienza delle celle è inferiore a quella che potrebbe essere.
Il catodo catalitico deve garantire che l'ossigeno reagisca con l'acqua, assorbendo elettroni e formando ioni OH- in soluzione alcalina. Il problema è che in un sistema complesso che coinvolge reagenti solidi, liquidi e gassosi, i processi di trasporto sono spesso troppo lenti e inibiscono il processo, soprattutto quando si scarica con densità di corrente più elevate.
I catodi costituiti da un supporto di carbonio poroso (carbon black) su cui è finemente disperso un metallo cataliticamente attivo come il platino possono minimizzare efficacemente questa inibizione cinetica. Tuttavia, sono costosi e poco stabili, il che li rende poco pratici per applicazioni su larga scala.
Un team guidato da Jaephil Cho dell'Ulsan National Institute of Science and Technology (Corea) e da Meilin Liu del Georgia Institute of Technology (USA) si è quindi posto l'obiettivo di sviluppare un'alternativa più economica.
Si sono ispirati alla struttura a tetrapodi (dal greco tetra: quattro, podes: piedi) delle dighe frangiflutti per sintetizzare un nuovo elettrocatalizzatore ad alta efficienza. I tetrapodi, i cui quattro "piedi" sono rivolti verso gli angoli di un tetraedro immaginario, vengono costruiti lungo la costa e in prossimità di dighe e moli per ridurre la forza delle onde che si infrangono sulla riva. Queste strutture offrono anche rifugio alle forme di vita marina nelle loro numerose e ampie cavità. Quando la schiuma di melammina viene pirolizzata e macinata con un mortaio e un pestello, forma frammenti microscopici simili a tetrapodi.
Gli scienziati hanno trattato la schiuma di melammina con cloruro di ferro e ketjenblack drogato con azoto (pellet conduttivi di nerofumo). Hanno carbonizzato il prodotto e lo hanno estratto con acido solforico. I nanotetrapodi risultanti, costellati di nanoparticelle di nerofumo, presentano un'area superficiale specifica molto elevata e un elevato numero di centri cataliticamente attivi (Fe/Fe).3Gruppi C e CN) e numerosi pori che consentono un rapido trasporto di massa. I catodi realizzati con questo nuovo materiale per elettrodi sono estremamente durevoli e offrono prestazioni eccellenti, paragonabili a quelle dei catodi metallici, a un prezzo molto più basso. Questi potrebbero rappresentare un punto di partenza molto promettente per una nuova generazione di batterie e celle a combustibile metallo-aria economiche e ad alta efficienza.
SINOYQX sta supportando alcuni istituti e università in Cina nella carbonizzazione della schiuma di melammina per la riduzione dell'ossigeno nelle celle a combustibile e nelle batterie.
Alcune citazioni tratte da http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html