Il Korea Institute of Energy Research ha sviluppato un elettrodo per produrre idrogeno che impiega nichel e cobalto al posto dei metalli preziosi, riducendo del 99% il costo dei materiali secondo le stime dei ricercatori. Il lavoro, pubblicato su Advanced Science, riguarda l’elettrolisi alcalina e punta a rendere meno costosi i componenti utilizzati negli impianti alimentati da energia rinnovabile.
Idrogeno verde meno costoso, dalla Corea nuovi elettrodi testati per 600 cicli
Durante l’elettrolisi, la corrente permette di separare l’acqua in idrogeno e ossigeno. La disponibilità di elettricità rinnovabile consente di ottenere idrogeno verde, ma il costo degli impianti dipende anche dai materiali che favoriscono le reazioni chimiche. Il gruppo sudcoreano ha cercato un’alternativa ai catalizzatori contenenti platino o rutenio, mantenendo un’elevata attività e una buona resistenza all’uso.
Nella prova su una cella di 8,7 centimetri di diametro, il nuovo elettrodo ha permesso di abbassare dell’11% la tensione rispetto a una configurazione convenzionale con elettrodo di nichel. Lo studio riporta circa 2,01 volt contro 2,28 volt alla medesima densità di corrente di un ampere per centimetro quadrato.
Le verifiche hanno compreso anche 600 cicli di avvio e arresto, dopo i quali le prestazioni sono rimaste sostanzialmente stabili. Questa resistenza interessa gli elettrolizzatori collegati a fonti solari ed eoliche, la cui produzione varia e può richiedere frequenti cambiamenti nel funzionamento dell’impianto.
Il risultato deriva dall’accostamento di ossido di nichel e lega nichel-cobalto sulla superficie dell’elettrodo. Il primo facilita la dissociazione dell’acqua, uno dei passaggi che rallentano la produzione in ambiente alcalino, e la lega offre siti favorevoli alla formazione dell’idrogeno. Le due componenti svolgono quindi funzioni complementari nella stessa reazione.
Nel confronto con un elettrodo commerciale al platino, a una densità di corrente di 10 milliampere per centimetro quadrato, il sovrapotenziale è sceso da 56,5 a 22,7 millivolt. Si tratta della tensione aggiuntiva rispetto al valore teorico richiesta per sostenere la reazione alla velocità misurata, distinta dalla tensione complessiva necessaria alla cella.
Il risparmio del 99% riguarda invece i materiali dell’elettrodo, una voce che contribuisce al costo dell’impianto e della produzione di idrogeno. Il prezzo finale dipenderà anche dall’elettricità utilizzata e dal funzionamento dell’intero sistema.
Il gruppo guidato da Kyung-Soo Kang e Hyun-Jun Lee ha già realizzato elettrodi con diametro di 40 centimetri e sta ottimizzando la fabbricazione per la produzione in serie. Il prossimo traguardo indicato dai ricercatori è raggiungere una superficie di 5.000 centimetri quadrati, destinata a sistemi di elettrolisi alcalina di potenza nell’ordine dei megawatt.