La tecnologia di produzione di idrogeno verde è assolutamente necessaria per la futura realizzazione di un'economia dell'idrogeno perché, a differenza dell'idrogeno grigio, l'idrogeno verde non produce grandi quantità di anidride carbonica durante la sua produzione. Le celle elettrolitiche a ossidi solidi (SOEC), che utilizzano energia rinnovabile per estrarre idrogeno dall'acqua, stanno attirando l'attenzione perché non producono inquinanti. Tra queste tecnologie, le celle elettrolitiche a ossidi solidi ad alta temperatura offrono i vantaggi di un'elevata efficienza e di una rapida velocità di produzione.
La batteria protonica ceramica è una tecnologia SOEC ad alta temperatura che utilizza un elettrolita ceramico protonico per trasferire ioni idrogeno all'interno di un materiale. Queste batterie utilizzano anche una tecnologia che riduce le temperature di esercizio da 700 °C o superiori a 500 °C o inferiori, riducendo così le dimensioni e il costo del sistema e migliorando l'affidabilità a lungo termine ritardandone l'invecchiamento. Tuttavia, poiché il meccanismo chiave responsabile della sinterizzazione degli elettroliti ceramici protonici a temperature relativamente basse durante il processo di produzione della batteria non è stato chiaramente definito, è difficile passare alla fase di commercializzazione.
Il team di ricerca dell'Energy Materials Research Center del Korea Institute of Science and Technology ha annunciato di aver scoperto questo meccanismo di sinterizzazione degli elettroliti, aumentando le possibilità di commercializzazione: si tratta di una nuova generazione di batterie ceramiche ad alta efficienza mai scoperte prima.
Il team di ricerca ha progettato e condotto diversi esperimenti modello basati sull'effetto della fase transitoria sulla densificazione dell'elettrolita durante la sinterizzazione degli elettrodi. Hanno scoperto per la prima volta che l'aggiunta di una piccola quantità di materiale ausiliario di sinterizzazione gassoso, proveniente dall'elettrolita transitorio, può favorire la sinterizzazione dell'elettrolita. Gli ausiliari di sinterizzazione gassosa sono rari e difficili da osservare tecnicamente. Pertanto, l'ipotesi che la densificazione dell'elettrolita nelle celle ceramiche protoniche sia causata dalla vaporizzazione dell'agente di sinterizzazione non è mai stata proposta. Il team di ricerca ha utilizzato la scienza computazionale per verificare l'agente di sinterizzazione gassoso e ha confermato che la reazione non compromette le proprietà elettriche uniche dell'elettrolita. Pertanto, è possibile progettare il processo di produzione del nucleo della batteria ceramica protonica.
"Con questo studio, siamo un passo più vicini allo sviluppo del processo produttivo di base per le batterie protoniche ceramiche", hanno affermato i ricercatori. "Prevediamo di studiare il processo produttivo di batterie protoniche ceramiche di ampia superficie e ad alta efficienza in futuro."
Data di pubblicazione: 08-03-2023