Alternative sostenibili al Nafion di elettroliti polimerici per celle a combustibile a scambio protonico (PEMFC)

L’impiego dell’idrogeno negli ultimi anni ha visto uno sviluppo senza precedenti, diventando un vettore energetico cruciale nella transizione verso una società a zero emissioni nel 2050. La produzione di energia elettrica mediante l’utilizzo di una cella a combustibile alimentata ad idrogeno rappresenta una tecnologia chiave al fine di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili. In particolar modo, la cella a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC) risulta essere uno dei dispositivi attualmente più competitivi grazie ad una notevole efficienza elettrica, alla possibilità di utilizzo a basse temperature, che la rende adatta in applicazioni di uso comune come nelle autovetture. Tuttavia lo sviluppo di tale tecnologia è ostacolato dall’impiego, nelle membrane fluoropolimeriche a conduzione protonica, di cui il marchio per eccellenza è il Nafion, membrana polimerica basata sulla struttura polimerica del politetrafluoroetilene e da catene laterali contenenti gruppi alchilici i per- e polifluorurati, e frammenti di catena con gruppi funzionali acidi come il perfluorosolfonico. Tali sostanze, in accordo con la strategia adottata dalla Commissione Europea in materia di sostanze chimiche sostenibili (2020), dovranno essere gradualmente eliminate a causa delle conseguenze ambientali e sanitarie correlate al loro utilizzo. Gli sforzi di ricerca per valide alternative sono aumentati nel corso degli anni col fine di ridurne i costi e migliorare la durata dei dispositivi senza sacrificare prestazioni ed efficienza. In questo lavoro di tesi si è cercato quindi di valutare quali alternative al Nafion siano realmente disponibili in relazione alle proprietà di conduzione ionica, stabilità termica, chimica e meccanica.