I ricercatori dell'Istituto per le scienze dei materiali cellulari (iCeMS) dell'Università di Kyoto hanno sviluppato un nuovo approccio per accelerare il movimento degli atomi di idrogeno attraverso una struttura reticolare cristallina a temperature più basse.
"Migliorare il trasporto dell'idrogeno nei solidi potrebbe portare a fonti di energia più sostenibili", afferma Hiroshi Kageyama di iCeMS che ha guidato lo studio.
Gli "anioni" di idrogeno con carica negativa possono muoversi molto rapidamente attraverso un materiale solido "idruro", che consiste di atomi di idrogeno attaccati ad altri elementi chimici. Questo sistema è un promettente concorrente per l'energia pulita, ma il trasporto veloce avviene solo a temperature molto elevate, sopra i 450°C. Kageyama e il suo team hanno scoperto come far viaggiare gli anioni di idrogeno ancora più velocemente attraverso un idruro a temperature molto più basse.
"In passato, si credeva che la chiave per un'elevata conduttività ionica a bassa temperatura fosse stabilizzare la fase ad alta temperatura di un materiale introducendo disordine chimico", afferma Kageyama. Gli scienziati lo fanno aggiungendo alla struttura composti contenenti ossigeno chiamati ossidi. Invece, Kageyama e i suoi colleghi hanno introdotto una struttura ordinata in un cristallo di idruro di bario, che ha fatto sì che gli anioni di idrogeno si muovessero significativamente più velocemente anche a 200°C.
"Raggiungere un'elevata conduttività ionica a basse temperature ordinando gli anioni non ha precedenti e potrebbe essere applicabile a vari conduttori ionici in futuro", afferma Kageyama.
Kageyama e il suo team hanno cambiato la struttura di un tipico idruro di bario introducendo strati su entrambi i lati composti da idrogeno attaccato a un altro anione. In questo modo, hanno realizzato tre materiali diversi, utilizzando anioni bromuro, cloruro o ioduro. Ciò ha fornito una struttura più ordinata al materiale originale, impedendogli di passare dal reticolo esagonale altamente stabile e simmetrico che si trova solitamente alle alte temperature, a una struttura a forma ortorombica meno stabile mentre si raffredda. Gli anioni di idrogeno si sono mossi molto rapidamente attraverso il reticolo organizzato a 200°C. Il materiale ha persino condotto gli anioni di idrogeno a temperatura ambiente, sebbene a una velocità inferiore.
"Miglioramento della conduttività dell'anione idrogeno fino alla stanza temperature potrebbe consentire il funzionamento a bassa temperatura di dispositivi elettrochimici, come le celle a combustibile, e aprire strade per il loro utilizzo come catalizzatori industriali o come fonti di idrogeno solido per reazioni di idrogenazione", afferma Kageyama.