Membrane: strato invisibile, grande influenza

Le celle a combustibile sono una tecnologia chiave per l'utilizzo dell'idrogeno nell'approvvigionamento energetico. Una variante è la cosiddetta cella a membrana a scambio protonico. Le proprietà della membrana determinano le prestazioni, l'efficienza e la durata di vita. Finora, tuttavia, è stato difficile studiare l'influenza della membrana sulle prestazioni della cella a combustibile, poiché molti processi si sovrappongono. Un team della Cattedra di Tecnologia delle Particelle dell'Università di Duisburg-Essen (UDE) ha quindi sviluppato un nuovo metodo insieme ad altri ricercatori e al Centro per la Tecnologia delle Celle a Combustibile: invece di analizzare l'intera cella a combustibile, hanno esaminato specificamente il catodo in un ambiente di prova semplificato.

Sono state esaminate membrane di diverso spessore e struttura chimica, nonché un sistema di riferimento senza membrana. Utilizzando metodi di misurazione elettrochimica, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare e separare per la prima volta le cause delle perdite di prestazioni, come la resistenza elettrica, la velocità di reazione e il trasporto di massa.

Lo spessore della membrana ha un impatto sulla velocità delle reazioni elettrochimiche

Secondo un comunicato stampa dell'UDE, i risultati hanno mostrato che la membrana introduce una resistenza aggiuntiva nel sistema e influenza significativamente le prestazioni. L'aspetto sorprendente è che la maggior parte della resistenza aggiuntiva non è causata dallo spessore della membrana, ma dalle superfici di contatto tra la membrana e l'elettrodo.

Lo spessore della membrana influisce principalmente sulla velocità delle reazioni elettrochimiche: Più spessa è la membrana, più lente sono le reazioni. «Le perdite di trasporto, invece, sono determinate in misura maggiore dalla struttura chimica del materiale», spiega Fatih Özcan dell'UDE. «La nostra ricerca dimostra che le membrane sono molto più che semplici componenti passivi. Fornisce inoltre importanti punti di partenza per lo sviluppo di celle a combustibile più efficienti e durature».