Celle a combustibile, il MIT rilancia

Le batterie a celle di combustibile al metanolo rappresentano una delle speranze future per l’alimentazione di apparecchi elettronici portatili, da cui il pubblico cerca sempre maggiore autonomia. I punti deboli sono il costo e la scarsa efficienza, ma ora grazie ad una ricerca del MIT sarà possibile inserire in fase di costruzione una particolare membrana, parte essenziale della batteria che la renderà più economica e che ne incrementerà la potenza del 50 per cento , riducendo al contempo il consumo di combustibile.

Secondo Robert Savinell , ingegnere chimico della Case Western Reserve University di Cleveland, la densità energetica di tali batterie è “comparabile alle migliori batterie ad alto rendimento”. Non solo: pesano molto meno e anche per questo rappresentano una promessa per gli apparecchi portatili. In campo militare hanno ancor più da offrire, in quanto portare al seguito qualche contenitore di metanolo per rifornirle è fisicamente meno pesante che non avere con sé un elevato numero di batterie di scorta.

Gli alti costi che fino a oggi ne hanno scoraggiato la diffusione
sono dovuti alla particolare membrana interna, realizzata con un polimero molto costoso e – tra l’altro – in grado di sfruttare il combustibile con poca efficienza. Proprio su questo dettaglio è intervenuta la ricerca del MIT che, per mano dell’ingegnere chimico Paula Hammond , ha risolto gran parte dell’ impasse con una speciale membrana, fatta di vari strati di polimeri, le cui proprietà elettrochimiche sono sintonizzabili con grande precisione proprio per evitare spreco di combustibile .

Savinell sottolinea che l’ingegner Hammond ha così risolto un problema che i chimici stavano tentando di superare da anni. In pratica, nella batteria da un lato della membrana il metanolo viene “derubato” di protoni ed elettroni. I protoni attraversano la membrana e, dall’altro lato, si combinano con l’ossigeno formando acqua. Gli elettroni, invece, a cui è impossibile attraversare la membrana, vengono incanalati all’esterno e impiegati come corrente elettrica.

Nello svolgimento di questo processo la membrana resta bagnata: in acqua il metanolo è estremamente solubile e le membrane convenzionali per celle a combustibile lo assorbono, lo lasciano passare e lo sprecano, rendendo tra l’altro il catodo maggiormente ossidato e meno efficiente .

“Tutti si preoccupano dell’attraversamento del metanolo”, dice Merlin Bruening , chimico dell’ Università del Michigan . La ricerca ha infatti tentato molti approcci per migliorare questa tecnologia e in particolare le membrane, quasi senza successo. “La sfida è proprio quella di mantenere stabilità e conducibilità per i protoni, riducendo il deflusso di metanolo”, continua Bruening.

Le nuove membrane ideate dal MIT vengono costruite con una particolare tecnica , detta assemblaggio layer-by-layer (livello per livello). Si inizia con una membrana normale, sottilissima; quindi si immerge in una soluzione acquosa di polimero carico positivamente, quindi in una di polimero carico negativamente. Il processo continua alternandosi, sino alla stratificazione desiderata. Il risultato è “un dorso polimerico che resiste all’attraversamento del metanolo pur lasciando passare i protoni”, spiega Paula Hammond.

In cifre, con la novità introdotta dal MIT lo spessore della membrana è di 100 nanometri (0,0001 millimetri) rispetto ad una membrana “convenzionale” che è spessa 50 micrometri , cioè 0,05 millimetri. L’attraversamento di metanolo è risultato di due ordini di grandezza inferiore e la potenza erogabile dalla batteria maggiore . Il metanolo è stato scelto per alcune sue particolari doti, tra cui l’essere liquido e di scarsa infiammabilità: “Una fonte intensa, sicura da portare al seguito”, spiega l’ingegner Hammond. < Dunque, un altro passo importante verso la rivoluzione delle batterie, verso l’adozione di sistemi innovativi di generazione dell’energia che, se da un lato minacciano i produttori di caricabatterie e le batterie tradizionali, dall’altro promettono dimensioni ridotte, leggerezza ed autonomia sinora impensabili, di grande interesse in special modo per il mercato dell’elettronica portatile. < In questo video del MIT, un ingegnere illustra la manipolazione del film sottile di cui sono costituite le membrane.

Marco Valerio Principato

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