I ricercatori sviluppano la prima cella a combustibile al mondo utilizzando acciaio inossidabile, in grado di alimentare gli smartphone per una settimana e di estendere il tempo di volo dei droni per più di un'ora

Negli ultimi dieci anni, la tecnologia mobile ha fatto rapidi progressi. Smartphone, orologi intelligenti, fotocamere e droni sono diventati più intelligenti e potenti che mai.

Tuttavia, lo sviluppo di queste tecnologie ha sempre dovuto affrontare una sfida importante: l’approvvigionamento energetico.

Con applicazioni innovative di materiali in acciaio, questa limitazione potrebbe presto essere superata, creando una nuova generazione di soluzioni di alimentazione per i futuri dispositivi elettronici.

Tecnologia della batteria-di maggiore durata

I ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia di Pohang in Corea del Sud, guidati dal professor Gyeong Man Choi e dal ricercatore dottorando Kun Joong Kim, hanno sviluppato un nuovo tipo di cella a combustibile combinando acciaio inossidabile poroso con elettroliti a film sottile ed elettrodi con capacità termica minima.

Il nuovo design offre una migliore resistenza e una maggiore durata rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio-.

La cella a combustibile può alimentare uno smartphone per una settimana con una singola carica.

I ricercatori hanno sviluppato una cella a combustibile a ossido solido in miniatura (SOFC) in grado di fornire energia sufficiente per far funzionare gli smartphone per circa una settimana e i droni per più di un’ora.

Hanno inoltre suggerito che, sulla base dei suoi vantaggi strutturali, la tecnologia potrebbe potenzialmente essere sviluppata in celle a combustibile più grandi e più convenienti per i sistemi di alimentazione automobilistica di prossima-generazione.

Utilizzando un elettrolita a base di ossido, la cella a combustibile trasferisce gli ioni di ossigeno all'elettrodo del carburante, convertendo l'idrogeno in energia elettrica.

Le tradizionali celle a combustibile a ossido solido in miniatura spesso utilizzano il silicio come materiale di supporto. Tuttavia, il disadattamento termico tra il silicio e i materiali elettrolitici può portare a un rapido degrado durante il funzionamento.

Il nucleo in acciaio inossidabile

Per superare queste limitazioni, il professor Choi ha selezionato un design basato su acciaio inossidabile poroso.

Rispetto alle strutture a base di silicio-, il design in acciaio inossidabile ha migliorato le prestazioni e la durata delle celle a combustibile.

Secondo il professor Choi e il suo gruppo di ricerca, l'acciaio inossidabile è stato selezionato per la sua eccellente stabilità termodinamica, resistenza meccanica e resistenza alle reazioni di ossidazione e riduzione.

Per i dispositivi energetici avanzati come i sistemi micro-SOFC, la selezione dei materiali è fondamentale. I prodotti in acciaio inossidabile come la piastra in acciaio inossidabile 304 sono ampiamente utilizzati in applicazioni di precisione grazie alla loro resistenza alla corrosione bilanciata, proprietà meccaniche e prestazioni di fabbricazione.

Nel frattempo, la piastra in acciaio inossidabile 316 offre una maggiore resistenza alla corrosione grazie al suo contenuto di molibdeno, rendendola adatta agli ambienti più esigenti in cui è richiesta stabilità del materiale.

Produzione avanzata di acciaio inossidabile per applicazioni energetiche

La cella a combustibile in miniatura è stata prodotta utilizzando un processo di fusione e laminazione del nastro (TCL), una tecnica simile alla stampa 3D che consente la produzione precisa di strutture a strato sottile-.

L'uso della lamiera di acciaio inossidabile consente agli ingegneri di sviluppare componenti leggeri ed estremamente precisi mantenendo la resistenza strutturale.

Per le tecnologie energetiche di prossima-generazione, i produttori richiedono sempre più materiali che combinino:

• Alta resistenza
• Stabilità termica
• Resistenza alla corrosione
• Controllo dimensionale preciso

Questi requisiti rendono l'acciaio inossidabile una scelta importante per le applicazioni elettroniche avanzate e legate all'energia.

Il futuro dell'energia portatile

La ricerca, pubblicata su Scientific Reports, ha dimostrato che le celle a combustibile miniaturizzate a ossido solido (micro-SOFC) progettate con film sottile-potrebbero raggiungere un'energia specifica e una densità energetica più elevate.

Se commercializzata con successo, questa tecnologia potrebbe sostituire parzialmente le batterie al litio nei dispositivi elettronici portatili.

I ricercatori hanno spiegato che questa tecnologia delle batterie è adatta per i dispositivi elettronici portatili che richiedono un'elevata densità di potenza e un rapido ciclo termico.

Anche se si prevede che smartphone, laptop, dispositivi indossabili e droni diventeranno le principali applicazioni, i potenziali usi si estendono ben oltre l’elettronica di consumo.

Le applicazioni future potrebbero includere velivoli ultra-leggeri come l'e-Gull, case intelligenti di prossima-generazione e persino veicoli elettrici come Tesla Model 3.

Man mano che le tecnologie energetiche continuano a svilupparsi, materiali avanzati tra cui componenti di precisione in acciaio inossidabile, lamiere e piastre in acciaio inossidabile continueranno a supportare l’innovazione nelle celle a combustibile, nell’elettronica e nei sistemi di energia pulita.