24/04/2003
Un gruppo di ricercatori dell'Istituto per la Microelettronica e Microsistemi del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di Catania ha sviluppato, in collaborazione con i colleghi di STMicroelectronics di Catania, le tecnologie abilitanti per la realizzazione di una micro-cella a combustibile da integrare all'interno dei micro-chip in silicio. Il prototipo consentirà la generazione di corrente elettrica usando idrogeno o metanolo come combustibile per realizzare dispositivi microelettronici che si alimentano da soli.
Cellulari che non si scaricano mai: il sogno di milioni di persone ormai dipendenti dal telefono mobile si potrebbe presto avverare grazie ad un importante risultato ottenuto dai ricercatori del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Catania con i colleghi di STMicroelectronics di Catania. Partendo dalla considerazione che le batterie convenzionali non sono al momento in grado di fornire potenza in volumi sempre piú ridotti, garantendo lunga durata e peso limitato, il gruppo catanese ha pensato di integrare nei dispositivi microelettronici al silicio vere e proprie celle a combustibile; riducendo così a dimensioni micrometriche le architetture utilizzate per le celle macroscopiche, attraverso sofisticatissimi processi di microlavorazione del silicio. In questo modo l'equipe CNR-STMicroelectronics è riuscita a dimostrare che nello stesso micro-chip si possono integrare il dispositivo per la generazione della potenza e tutti i circuiti elettronici logici e di controllo.
La sequenza dei processi di microlavorazione, coperta da due brevetti, ha inizio con la realizzazione di microcanali del diametro di pochi micron che corrono sepolti qualche micron sotto la superficie di una fetta di silicio monocristallino: "Attraverso complessi processi fotolitografici ed elettrochimici - spiegano Corrado Spinella e Giuseppe D'Arrigo, dell'Istituto per la Microelettronica e Microsistemi del CNR di Catania - la parte di silicio sovrastante ciascun microcanale viene convertita in una struttura nano-porosa. Il silicio poroso viene poi permeato con cluster nanometrici di metalli catalizzatori, quali platino, palladio o rutenio, che hanno la funzione di innescare le reazioni di ossido-riduzione per la produzione di corrente elettrica nella cella. Alla fine il silicio contenente i cluster catalizzatori è impregnato con una membrana polimerica per lo scambio protonico".
Le competenze del gruppo IMM di Catania, la strumentazione sofisticata per il controllo dei processi chimici ed elettrochimici per la microlavorazione del silicio, la collaborazione e l'interesse di STMicroelectronics che ha messo a disposizione i propri laboratori fotolitografici e le proprie tecnologie, hanno permesso di raggiungere risultati che la comunità scientifica internazionale del settore considera alla frontiera. Tanto che la rivista britannica Fuel Cell Bulletin ha dedicato ampio spazio all'attività del gruppo CNR di Catania.
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Le celle a combustibile sono degli oggetti in grado di produrre energie basati su materiali elettroliti, polimeri o ossidi solidi, incapsulati tra due elettrodi. La cella funziona quando il combustibile (di solito idrogeno) viene trasferito a uno degli elettrodi e l'ossigeno all'altro. Scaldando la struttura elettrodi/elettroliti, il combustibile e le specie ossidanti si diffondono verso l'interfaccia di uno degli elettrodi ed incontrano il materiale catalitico, innescando una reazione elettrocatalitica, liberando così elettroni liberi che possono essere raccolti e utilizzati in un circuito esterno. Gli ioni fluiscono attraverso la membrana e si dirigono verso l'altro elettrodo per formare acqua. Questa complessa architettura di funzionamento è stata ora riprodotta su scala micrometrica all'interno del silicio.
Roma, 24 aprile 2003
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