Niobio: catalizzatore in celle a combustibile

Il niobio è un metallo duttile e malleabile che cristallizza secondo una struttura cristallina cubica a facce centrate con una densità di 8.57 g/cm³.  È il secondo elemento del gruppo 5 del sistema periodico e si trova collocato tra il vanadio e il tantalio. Il niobio fa quindi parte del blocco d ed è un metallo di transizione del 5° Periodo

E’ uno dei metalli refrattari con un elevato punto di fusione (2447 °C) oltre ad un elevato modulo di elasticità, bassa pressione di vapore ed espansione termica ed elevata stabilità termica. Ha una resistività elettrica di circa 15.2 µΩ.cm a 273 K oltre ad essere un superconduttore alla temperatura critica di T_c~ 9,3 K.

La resistenza del niobio alla corrosione chimica e alle alte temperature lo ha reso un attuale materiale da costruzione per lo sfruttamento degli oceani, le apparecchiature di energia spaziale , le apparecchiature farmaceutiche e chimiche.

Quando il niobio funziona come anodo e come materiale che fornisce protezione catodica all’interno delle apparecchiature degli scafi delle navi o delle trivellazioni petrolifere, i comportamenti anticorrosione devono comunque essere migliorati in questo ambiente corrosivo. In uno studio effettuato presso la Federal University in Brasile si è ipotizzato che il niobio e il glicerolo possano costituire una soluzione nella produzione di celle a combustibile.

Reazione

Nella cella, l’energia chimica della reazione di ossidazione del glicerolo all’anodo e la riduzione dell’ossigeno presente nell’aria al catodo èconvertita in energia elettrica secondo la reazione:

2 C₃H₈O₃ + 7 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O

Funzioni del niobio

Nella cella che è rappresentata in figura il niobio agisce da cocatalizzatore del palladio usato come anodo. Esso riduce la quantità di quest’ultimo della metà con conseguente dimezzamento dei costi della cella e aumentandone la durata

Oltre all’abbassamento dei costi l’aggiunta di niobio si ha una diminuzione dell’avvelenamento del palladio. Il fenomeno si verifica nel tempo per la presenza di intermedi come il monossido di carbonio che viene adsorbito.

Inoltre dal punto di vista ambientale una cella a combustibile in cui è utilizzato glicerolo è una soluzione virtuosa in quanto si evita l’utilizzo di combustibili fossili.

In linea di principio la cella oltre a caricare dispositivi elettronici potrebbe essere adattata per far funzionare veicoli elettrici e per fornire energia alle abitazioni.