Elettrolizzatori AEM, un nuovo catalizzatore promette di più efficienza, meno costi

Sviluppato dal KRISS un nuovo materiale che migliora significativamente l’efficienza della produzione di idrogeno verde, riducendo al contempo i costi

Arriva dalla Corea del Sud e più precisamente dal Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) un nuovo catalizzatore in grado di far fare un balzo in avanti agli elettrolizzatori AEM con membrana a scambio anionico. Un materiale a base di molibdeno a cui è stato aggiunto un “pizzico” di rutenio per aumentare la stabilità elettrochimica. E grazie a cui gli scienziati hanno raggiunto un ottimo risultato: produrre idrogeno dall’acqua, persino quella salata, in maniera stabile ed efficiente per oltre 300 ore.

Per comprendere il successo, facciamo qualche passo indietro.

Elettrolizzatori AEM, cosa sono e come funzionano?

Gli elettrolizzatori con membrana a scambio ionico rappresentano una delle tre tecnologie per la produzione di idrogeno dall’acqua a bassa temperatura. Come indica lo stesso nome, impiegano una speciale membrana semipermeabile che conduce ioni idrossido (OH⁻) per dividere le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno.

Uno dei principali vantaggi dell’elettrolisi AEM è la sua indipendenza da costosi catalizzatori di metalli nobili. Non solo. Similmente all’elettrolisi alcalina, gli elettrodi degli elettrolizzatori AEM operano in un ambiente basico, ma con requisiti meno rigidi, riducendo i rischi operativi.

Per questa tecnologia diversi studi hanno mostrato come gli elettrocatalizzatori a base di ossido di molibdeno possano esercitare un’eccellente attività catalitica per la reazione di evoluzione dell’idrogeno al pari di quella mostrata da materiali più costosi come il platino. Merito di una eccellente conduttività, all’adsorbimento di idrogeno e dissociazione dell’acqua.

Nonostante ciò, la stabilità della maggior parte dei catalizzatori a base di ossido di molibdeno (perlomeno quelli segnalati fino ad oggi) risulta inferiore ai requisiti industriali in condizioni di densità di corrente superiore a 100 mA/cm2.

Il problema principale è l’adsorbimento di ioni idrossido sul biossido di molibdeno, che ne causa irrimediabilmente la degradazione. Come migliorarne la stabilità elettrochimica? È qui che entra in gioco lo studio coreano.

Il catalizzatore corano per l’elettrolisi AEM

Gli scienziati dell’Emerging Material Metrology Group del KRISS hanno messo a punto un nuovo catalizzatore introducendo nanoparticelle di rutenio (Ru) in un biossido di molibdeno con struttura di nichel-molibdeno.

Il rutenio nanoscopico forma uno strato sottile sulla superficie del catalizzatore, impedendone la degradazione e aumentandone stabilità e durata. Nel dettaglio l’elettrolizzatore AEM con il nuovo materiale ha mostrato un funzionamento stabile per oltre 300 ore con una densità di corrente di 1,0 A/cm2. Primo grande miglioramento verso l’applicazione industriale.

“Le valutazioni delle prestazioni hanno rivelato che i catalizzatori di nuova concezione offrono una durata quattro volte superiore e un’attività più di sei volte superiore rispetto ai materiali commerciali esistenti”, si legge sul National Research Council of Science and Technology.

“Inoltre, quando integrati con una cella solare tandem perovskite-silicio, i catalizzatori hanno raggiunto una notevole efficienza solare-idrogeno del 22,8%, evidenziando la sua forte compatibilità con le fonti di energia rinnovabile. I catalizzatori hanno anche dimostrato elevata attività e stabilità in acqua salina , producendo idrogeno di alta qualità. Si prevede che questa capacità ridurrà significativamente i costi associati alla desalinizzazione”.

La ricerca è stata pubblicata su Applied Catalysis B: Environment and Energy (testo in inglese).