Sovvenzione di consolidamento ERC per il Dr. Felix Gunkel e i "Buoi strapazzati"
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Il Dr. Felix Gunkel della Divisione Materiali Elettronici dell'Istituto Peter Grünberg (PGI-7) del Forschungszentrum Jülich ha ottenuto una sovvenzione di consolidamento dal Consiglio Europeo della Ricerca (ERC). Nei prossimi cinque anni, il suo progetto "Scrambled Oxs" riceverà un finanziamento di due milioni di euro. Il suo obiettivo è quello di utilizzare un nuovo design dei materiali per sviluppare materiali particolarmente stabili ed efficienti per l'elettrolisi dell'acqua, un processo chiave per la produzione ecologica di idrogeno.
L'idrogeno è considerato un mezzo versatile di stoccaggio dell'energia con il potenziale di sostituire i combustibili fossili. È particolarmente sostenibile se prodotto tramite elettrolisi, un processo in cui l'acqua viene scomposta nei suoi componenti utilizzando l'elettricità.
Affinché questo processo funzioni, sono necessari dei catalizzatori, materiali che accelerano le reazioni e, idealmente, non vengono consumati. La reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER), in cui le molecole d'acqua vengono scomposte per liberare ossigeno, è una fase particolarmente impegnativa del processo, che richiede molta energia in eccesso. La quantità di energia richiesta e la durata della stabilità di un materiale, e quindi della sua efficacia, dipendono in larga misura dalla composizione e dalla struttura del catalizzatore.
"Vengo dal campo della ricerca sulla nanoelettronica, dove abbiamo imparato a creare materiali su misura con un alto grado di precisione. Ora voglio applicare questa metodologia alle questioni legate all'energia", spiega il dottor Felix Gunkel. "Per la transizione energetica, in particolare, dobbiamo sviluppare materiali nuovi e potenti e superare i confini delle discipline specialistiche. In Scrambled Oxs, stiamo utilizzando la nostra esperienza per sviluppare nuovi materiali catalizzatori per l'elettrolisi".
Questo evidenzia uno dei punti di forza del Forschungszentrum Jülich: le competenze di settori quali la nanoelettronica, la ricerca sui materiali e la tecnologia energetica sono concentrate in un unico luogo. Scrambled Oxs è un esempio di come questa vicinanza promuova la ricerca interdisciplinare e, di conseguenza, innovazioni pionieristiche.
Dr. Felix Gunkel della Divisione Materiali Elettronici dell'Istituto Peter Grünberg (PGI-7)
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Bernd Nörig
Un nuovo approccio: ossidi di precisione atomica
Il Dr. Gunkel si concentra su alcuni ossidi in Scrambled Oxs - in questo caso, composti di metalli con ossigeno. Molti di questi ossidi metallici complessi, come le perovskiti e gli spinelli, sono candidati promettenti e possono essere molto attivi quando si tratta di rilasciare ossigeno durante l'elettrolisi. Tuttavia, invecchiano troppo rapidamente e perdono rapidamente la loro stabilità nella loro forma convenzionale. È proprio qui che entra in gioco il progetto.
"Per aumentare la stabilità dei catalizzatori, dobbiamo comprendere più a fondo i processi cruciali per l'invecchiamento e contrastarli con una progettazione mirata dei materiali", spiega Gunkel.
Il team di Gunkel sta sviluppando sistemi di strati di ossido su misura in cui lo strato di ossido attivo è racchiuso tra due materiali stabilizzanti. Gli strati sono impilati l'uno sull'altro come mattoncini atomici Lego e possono essere staccati come una pellicola con un processo innovativo. Questo nuovo concetto deriva dalle strutture core-shell, un design versatile nel campo delle nanotecnologie che protegge efficacemente materiali particolarmente sensibili.
Da materiale modello a elettrodo reale
Le membrane di ossido così ottenute vengono frantumate in scaglie di dimensioni nanometriche e incorporate in un liquido per creare una sorta di inchiostro catalitico, una miscela liquida che può essere utilizzata per rivestire gli elettrodi. Questo "rimescolamento" mirato crea un nuovo materiale composito e ha dato il nome al progetto Scrambled Oxs.
Il composito prodotto in questo modo permette per la prima volta di trasferire le proprietà materiali degli ossidi stratificati a strutture di elettrodi reali e di esaminarle in condizioni realistiche, cioè esattamente come saranno utilizzate in seguito negli elettrolizzatori. Solo se un materiale rimane stabile e attivo non solo nel modello di laboratorio, ma anche in un elettrodo reale, è possibile ridurre il consumo energetico e prolungare il tempo di funzionamento - entrambi prerequisiti fondamentali per una produzione più efficiente ed economica di idrogeno verde.
Scrambled Oxs colma così una lacuna che persisteva in precedenza: per la prima volta, i materiali modello possono essere esaminati anche in condizioni di reazione reali, al fine di ricavare linee guida concrete per lo sviluppo di catalizzatori futuri.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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