Come si sviluppa un elettrodo per elettrolisi dell'acqua alcalina avanzata
L'elettrolisi dell'acqua è la reazione elettrochimica mediante la quale l'acqua viene convertita in ossigeno e idrogeno, utilizzando una corrente elettrica al catodo e all'anodo - gli elettrodi - di una cella elettrochimica. Questo processo elettrochimico ha un potenziale enorme, poiché l'elettrolisi dell'acqua per produrre idrogeno verde è considerata una delle tante soluzioni per realizzare la transizione energetica e abbandonare i combustibili fossili come vettori energetici e nei settori cosiddetti hard-to-abate.
Sebbene sia stata sviluppata più di un secolo fa, l'elettrolisi dell'acqua alcalina è in continua evoluzione. Gli scienziati di De Nora sono in prima linea nella creazione di soluzioni innovative per ridurre i costi, migliorare le prospettive di sostenibilità e l'efficienza energetica del processo di produzione di idrogeno verde. In questo senso, la ricerca nel contesto dell'elettrolisi dell'acqua alcalina è diretta alla creazione di elettrodi nuovi e performanti.
Un tipico elettrodo per dimostrazioni su scala di laboratorio (100 cm2) è costituito da un substrato, sopra il quale viene applicato un coating elettrocatalitico. Il ruolo del substrato metallico è quello di trasportare gli elettroni, mentre il coating elettrocatalitico catalizza le reazioni di evoluzione dell'idrogeno o dell'ossigeno rispettivamente al catodo e all'anodo delle celle elettrochimiche.
Per costruire questi elettrodi, gli scienziati preparano una soluzione del coating elettrocatalitico che si vuole applicare sul substrato metallico. Questa soluzione di coating elettrocatalitico viene poi depositata sulla superficie del substrato ed in seguito trattata termicamente per ottenere l'elettrodo finale.
In primo luogo, uno degli aspetti più importanti della creazione di nuove soluzioni da applicare come coating elettrocatalitico è la solubilizzazione dei componenti metallici nel solvente. In secondo luogo, è essenziale che queste soluzioni di coating elettrocatalitico si leghino al substrato metallico, diverse strategie possono essere adottate per garantire il legame.
Infine, anche la concentrazione di queste soluzioni gioca un ruolo fondamentale poiché determina il carico finale di elettrocatalizzatore che si deposita sull'elettrodo.
Per valutare le proprietà dei nuovi elettrodi vengono eseguiti diversi test, capaci di predire i comportamenti degli elettrodi considerando diversi scenari operativi. Una delle analisi più importanti è il SEP (potenziale di singolo elettrodo), che prevede la misurazione del potenziale elettrochimico.
Viene anche eseguito un altro test chiamato ALT (test di vita accelerata), che misura la robustezza e la longevità dell'elettrodo.
Questi test sono fondamentali poiché non solo la misurazione del potenziale elettrochimico del nuovo elettrodo, ma anche la sua durata nel tempo gioca un ruolo fondamentale nello sviluppo di nuovi elettrodi più performanti per l'elettrolisi dell'acqua alcalina.
Lo sviluppo di nuovi elettrodi per l'elettrolisi dell'acqua alcalina avanzata di De Nora è una sfida; tuttavia, De Nora si pone come leader mondiale nella sostenibilità attraverso la produzione di idrogeno verde e studi come questi dimostrano lo sforzo che la ricerca attuale sta facendo per raggiungere questo obiettivo.