L’elettrolisi con membrana a scambio anionico (AEM) è un processo che utilizza una particolare membrana semipermeabile per separare gli ioni idrossido (anioni, OH-) e permette la scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno mediante l’utilizzo di corrente elettrica. Gli elettrodi coinvolti nell’elettrolisi AEM operano in un ambiente alcalino, che consente l’utilizzo di catalizzatori basati su metalli non nobili a base di Ni, Fe, Co, Mn, Cu e dunque a basso costo.
Gli idrossidi misti a doppio strato (Layered Double Hydroxides, LDH) contenenti questi metalli di transizione risultano particolarmente efficaci rispetto alla scissione elettrolitica dell’acqua. Le ottime cinetiche di reazione e i bassi valori di sovratensione di cella che si ottengono con questi materiali catalitici minimizzano il consumo energetico dell’intero processo.
Rispetto all’elettrolisi con membrane a scambio protonico, questo tipo di elettrolisi offre anche altri vantaggi, tra cui la resistenza a contaminanti presenti nell’acqua, e il funzionamento a temperature inferiori. Questa tecnologia non è ancora matura: il processo di elettrolisi AEM è ancora in una fase di ricerca e sviluppo, e una delle principali sfide tecniche consiste nell’approntare un metodo di sintesi per gli elettrodi che sia efficiente, scalabile e a basso costo.
Fig.1 – Schema di funzionamento di un dispositivo per elettrolisi AEM. Credits: Dr. F. Lisi, Prof. F. Basile (Dip.to Chimica Industriale Università degli Studi di Bologna), Dr.ssa R. Viscardi (ENEA)
Il dipartimento di Chimica Industriale dell’Università degli Studi di Bologna, in collaborazione con ENEA, ha sviluppato un metodo di sintesi per elettrodi GDL (Gas Diffusion Layer) in schiuma di Nichel applicando per elettrodeposizione potenziodinamica un layer di circa 500 nm di un catalizzatore LDH contenente Nichel e Ferro. Per valutare l’efficienza del processo e verificare che il catalizzatore si depositi in maniera uniforme anche all’interno della struttura porosa della schiuma di Nichel, sono state acquisite delle immagini mediante SEM-FEG con sonda EDS sia sulla superficie dei campioni che in cross-section (Fig.2).
I test eseguiti utilizzando una cella per elettrolisi con membrana a scambio anionico in materiale Sustainion X37-50, hanno dimostrato che gli elettrodi presentano un’elevata superficie elettroattiva, bassi valori di sovratensione e ottime velocità di reazione.
Fig.2 – Immagini acquisite con Microscopio Elettronico a Scansione FEG Ciqtek SEM5000. Credits: Media System Lab Srl, Dr. F. Lisi, Prof. F. Basile (Dip.to Chimica Industriale Università degli Studi di Bologna), Dr.ssa R. Viscardi (ENEA)
