Data di deposito: 27/10/2005
Ambito territoriale di tutela: Italia
Inventori: Prof. Dario Braga, Prof. Francesco Paolucci, Dott. Massimo Marcaccio (Dipartimento di Chimica "G. Ciamician")
Background
Molte sono le tecnologie che utilizzano conduttori protonici, prima tra tutte quella delle celle a combustibile. La classe di composti oggetto della presente rivendicazione può trovare applicazione in celle a combustibile che operano a temperature relativamente alte (superiori a 100 °C), in condizioni cioè in cui la velocità dei processi di ossidoriduzione e la vita degli elettrodi aumentano.
I materiali oggetto della presente rivendicazione presentano un meccanismo di conduzione protonica (la conduzione superprotonica) che non rende necessaria la presenza di acqua nella struttura, che è un limite presentato dalle membrane polimeriche a conduzione protonica ampiamente utilizzate in tali dispositivi.
Descrizione
Una cella a combustibile è formata da due elettrodi separati da una membrana e collegati tra loro tramite un circuito esterno. Gli elettrodi rappresentano i siti catalitici dove avviene la reazione e trasportano, per conduzione, la corrente generata verso il circuito esterno. La membrana ha la duplice funzione:
- tenere separate le specie che reagiscono sul primo elettrodo (anodo) da quelle che reagiscono sul secondo elettrodo (catodo);
- mantenere l’elettroneutralità per evitare che si raggiunga un potenziale di equilibrio che interrompa il flusso di elettroni.
Nel caso delle celle a combustibile la membrana deve essere in grado di trasportare i protoni prodotti all’anodo sul catodo dove reagiscono con l’ossigeno per formare l’acqua. Il brevetto riguarda l’invenzione un materiale per conduzione superprotonica formato da un complesso supramolecolare; questo materiale può essere utilizzato per la preparazione di membrane conduttrici per dispositivi elettrochimici e celle a combustibile.
Vantaggi
Molte sono le tecnologie che utilizzano conduttori protonici, prima tra tutte quella delle celle a combustibile. I nostri materiali superprotonici possono trovare applicazione in diversi tipi di celle a combustibile che operano a bassa temperatura (fino a 200° C circa). Il vantaggio rispetto alle comuni membrane polimeriche utilizzate è che quelle basate sui complessi di eteri corona non hanno bisogno di essere idratate, in questo modo possono lavorare a temperature anche superiori ai 100°C e a basse pressioni. In questo modo è possibile migliorare la resa della reazione di ossidoriduzione ed aumentare la vita degli elettrodi che a basse temperature sono più facilmente avvelenati dalle impurezze presenti nell’idrogeno (CO). La sintesi di questi sistemi è semplice, pulita e quantitativa: per macinazione dei reagenti in assenza di solventi si ottengono, in breve tempo, prodotti puri e stabili pronti per essere utilizzati. Questi composti possono essere utilizzati nella purificazione dell’idrogeno gassoso ottenuto da reforming del petrolio, infatti, essendo permeabili solo ai protoni e non alle specie contaminanti possono fungere da filtro selettivo.
Keywords
Solid Proton Conductor, Fuell Cell, Crown ether complex, superprotonic cinductivity