Funzionalizzazione di membrane di allumina anodica per impiego come elettrolita-separatore in Micro Fuel Cell (MFC)

    Progetto: Research project

    Dettagli progetto

    Description

    Le celle a combustibile (fuel cell) sono da tempo considerate una valida alternativa agli attuali sistemi di produzione di energia elettrica, grazie agli elevati rendimenti ed al basso impatto ambientale, caratteristiche che rispondono perfettamente ai requisiti richiesti alle tecnologie energetiche per garantire uno sviluppo sostenibile del pianeta. Accanto a possibili applicazioni nel settore della produzione di energia elettrica e nella autotrazione, negli ultimi anni la ricerca sulle fuel cell si è concentrata anche su un loro possibile impiego in dispositivi portatili, per cui sono richieste fuel cell di piccole dimensioni o Micro Fuel Cell (MFC). Allo stato attuale le MFC sono delle celle a combustibile ad elettrolita polimerico (PEMFC), nelle quali il separatore è un polimero perfluorosulfonato con un'alta conducibilità protonica e buona stabilità chimica e meccanica, ma costi elevati, bassa tolleranza al monossido di carbonio, conducibilità strettamente dipendente dal grado di umidità e scarsa compatibilità con le tecniche standard usate nella fabbricazione di MFC. Alla luce di queste limitazioni, le Membrane di Allumina Anodica (AAM) riempite con conduttori protonici inorganici rappresentano un materiale alternativo poco costoso e facilmente integrabile nelle tecniche di micro-fabbricazione.In tali sistemi, le AAMs con la loro struttura porosa ordinata esplicano la funzione di supporto per conduttori protonici inorganici (ad es. acidi solidi) che hanno un'alta conducibilità protonica ma scarsa stabilità dimensionale. Per cui, nei casi in cui la cinetica delle fuel cell sia controllata dalla caduta ohmica nell’elettrolita (acidi solidi), la realizzazione di membrane molto sottili supportate da AAM potrebbe migliorare la performance del dispositivo a fuel cell, e allo stesso tempo fornire un sostegno meccanico al conduttore diminuendo i rischi di corto circuito fra gli elettrodi e il cross-over dei gas. Nell’ambito di questo progetto si vuole continuare il lavoro di ricerca svolto nell'ambito del primo anno di attività di ricerca (ex 60% 2006) che ha mostrato come sia possibile utilizzare AAM riempite con conduttori protonici solidi di diversa natura (CsHSO4, acido fosfotugnstico e Nafion) in fuel cell ad elettrolita sottile (50 micron) funzionanti a bassa-media temperatura (25-160°C). In particolare, si vogliono migliorare le tecniche di riempimento dei pori delle AAM, valutare la possibilità di aumentare le performance della cella mediante un processo di scale-up, e ricercare conduttori protonici che garantiscano il funzionamento della cella per tempi più lunghi e, nel contempo, assicurino potenze elevate a bassa temperatura (25°C), basso carico di Pt e bassi valori di umidità. Queste condizioni, se raggiunte, consentirebbero la diminuzione dei costi del dispositivo e favorirebbero l’impiego delle membrane composite AAM/conduttori in applicazioni portatili dove le basse temperature sono auspicabili.

    Layman's description

    Questo progetto si propone di continuare l'attività di ricerca svolta riguardo la possibile applicabilità di membrane di allumina anodica in micro fuel cell con lo stesso design di una PEMFC alimentata ad H2 ed O2. A tale scopo le membrane di allumina saranno riempite con conduttori protonici che garantiscano tempi di funzionamento più lunghi dei composti già studiati (solfato acido di cesio e acido fosfotungstico) soprattutto alle basse temperature (25 °C)che sono richieste per i sistemi portatili. Nell’ambito di questo progetto di ricerca ci si propone di mettere a punto efficaci metodi di riempimento delle membrane anodiche di allumina con conduttori protonici. Pertanto, scelti i materiali con cui impregnare le membrane, bisogna testare la qualità del separatore/elettrolita prodotto, montandolo all’interno di una micro fuel cell, per fissate condizioni di alimentazione (flussi di H2 ed O2) e determinando,, al variare della temperatura di esercizio, le curve tensione-corrente, che ne caratterizzano le prestazioni. Sarà, inoltre, effettuata l’analisi morfologica al microscopio elettronico a scansione dei separatori/elettroliti ottenuti prima e dopo il loro funzionamento all’interno della cella per verificare dal raffronto eventuali fenomeni di degrado associati al funzionamento stesso. Infine, l’uso dell'analisi EDX (Energy Dispersive X-ray) e della diffrattometria a Raggi X consentirà di ottenere informazioni in termini di composizione dei materiali effettivamente inseriti all’interno dei pori.
    StatoAttivo
    Data di inizio/fine effettiva1/1/07 → …

    Fingerprint

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