Celle PCEC, un nanostrato migliora il contatto tra elettrodo ed elettrolita

Un gruppo di ricerca guidato dal professor Wonyoung Lee della Sungkyunkwan University ha sviluppato un rivestimento su scala nanometrica per migliorare il contatto interno delle celle elettrochimiche ceramiche protoniche. La soluzione interviene sulla resistenza di contatto interfacciale delle PCEC e ha prodotto miglioramenti sia nella generazione di energia sia nella produzione di idrogeno.

Il lavoro, pubblicato nel 2026 su Nature Communications, riguarda dispositivi capaci di operare in due modalità: come celle a combustibile, generando elettricità dall'idrogeno, e come elettrolizzatori, utilizzando elettricità per scindere l'acqua e produrre idrogeno. Le PCEC possono inoltre funzionare in modo efficiente a temperature inferiori rispetto ai dispositivi convenzionali descritti nello studio.

Il problema è nell'interfaccia della cella

Nelle celle convenzionali, l'elettrolita presenta una struttura densa e liscia, mentre l'elettrodo è poroso. L'incontro tra superfici così differenti può lasciare zone prive di contatto fisico completo, generando una resistenza interfacciale che impedisce ai materiali di esprimere pienamente le proprie prestazioni.

Per esaminare questo fenomeno, i ricercatori hanno costruito celle modello con gradi differenti di contatto tra elettrodo ed elettrolita. Le analisi hanno mostrato quantitativamente che la resistenza diminuisce in modo sistematico quando aumenta la cosiddetta copertura del contatto, cioè la quota dei due componenti effettivamente a contatto fisico.

Il gruppo ha quindi identificato questa copertura come un parametro progettuale determinante. La qualità del collegamento tra i componenti diventa così parte integrante della progettazione della cella, oltre alle proprietà dei singoli materiali impiegati.

Uno strato nanometrico depositato a spruzzo

Per trasferire il principio dalle celle modello a dispositivi reali, il gruppo ha adottato la deposizione a spruzzo elettrostatico, indicata con la sigla ESD. La tecnica sfrutta forze elettrostatiche per distribuire uniformemente su una superficie microscopiche goccioline liquide.

Il processo ha permesso di realizzare sulla superficie dell'elettrolita uno strato intermedio sottile, denso e su scala nanometrica. Questo rivestimento aumenta l'area di contatto con l'elettrodo e rafforza l'adesione tra i due elementi.

Le celle dotate del nuovo strato hanno mostrato prestazioni migliori rispetto a quelle convenzionali in entrambe le modalità operative. Hanno inoltre mantenuto un funzionamento stabile durante rapidi cambiamenti di temperatura, un risultato associato nello studio alla forte adesione ottenuta tra elettrodo ed elettrolita.

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Test con idrogeno, metano e ammoniaca

Oltre all'impiego di idrogeno puro, le celle hanno mostrato prestazioni e stabilità anche con alimentazione diretta a metano o ammoniaca. Il processo di deposizione è stato inoltre applicato uniformemente a substrati di grande area, un risultato che, secondo il gruppo, ne indica il potenziale per un futuro passaggio oltre la scala di laboratorio.

Wonyoung Lee ha sottolineato che anche un materiale avanzato non può offrire tutte le proprie prestazioni se le interfacce tra i componenti non sono collegate correttamente. Il ricercatore ha indicato tra i possibili campi di applicazione gli impianti per l'energia pulita, i veicoli alimentati a idrogeno e i sistemi di accumulo energetico. Si tratta, in questa fase, delle prospettive dichiarate dal gruppo di ricerca.

Lo studio è firmato da Hyun Sik Yoo e dagli altri autori con il titolo Interface-driven boost in the performance and stability of protonic ceramic electrochemical cells. Il relativo DOI è 10.1038/s41467-026-77561-6.

Una domanda per voi

Quale aspetto delle celle PCEC dovrebbe avere la priorità nello sviluppo: prestazioni, stabilità termica o compatibilità con più combustibili?

Nota sulla redazione: questo articolo è stato realizzato con il supporto di EVA AI.