'FUEL CELL: È IL MOMENTO DI INVESTIRE'

20 aprile 2016

Marcello Romagnoli

DIEF – Unimore

marcello.romagnoli@unimore.it

«Le celle a combustibile sono sistemi elettrochimici capaci di

convertire l’energia chimica di un combustibile (in genere

idrogeno) direttamente in energia elettrica, senza l’intervento

intermedio di un ciclo termico, non sono soggette quindi alle

limitazioni del ciclo di Carnot e di conseguenza permettono

rendimenti di conversione più elevati rispetto a quelli delle

macchine termiche convenzionali.»

Marina Ronchetti, CELLE A

COMBUSTIBILE Stato di sviluppo e

prospettive della tecnologia, ENEA

http://www.genitronsviluppo.com/energie_rinnova

bili/immagini/samsung_cellulare_idrogeno_acqua

_celle_a_combustibile_generatore_samsung_cell

ulare_acqua_3.jpg

« Una cella a combustibile funziona in modo analogo ad una batteria, in quanto produce energia elettrica attraverso un processo elettrochimico, tuttavia a differenza di quest’ultima consuma sostanze provenienti dall’esterno ed è quindi in grado di operare senza interruzioni, finché al sistema viene fornito combustibile (idrogeno) ed ossidante (ossigeno o aria).»

Marina Ronchetti, CELLE A

COMBUSTIBILE Stato di sviluppo e

prospettive della tecnologia, ENEA Marcello Romagnoli - UNIMORE

http://hydrogencar.eu5.org/images/fuel%20cell%20efficiency-2.jpg

http://fuelcellstore.com/image/data/pem-stack.jpg

http://www.nedstack.com/images/stories/technology/fc_stacking2.png

Una singola cella da

luogo a voltaggi e

correnti

generalmente

ridotte.

Per ottenere la

potenza ed il

voltaggio desiderato

più celle sono

disposte in serie, a

mezzo di piatti

bipolari, a formare il

cosiddetto

“stack”

Una cella è composta da due elettrodi

in materiale poroso, detti Anodo e

Catodo

All’anodo avviene la reazione di

ossidazione che produce elettroni.

Questi vengono catturati e portati

fuori dalla pila; attraversano il circuito

elettrico esterno e rientrano al catodo

dove avviene la reazione di

riduzione.

I due elettrodi sono separati da un

elettrolita, una speciale membrana

che ha la funzione del ponte salino

http://reflexions.ulg.ac.be/upload/docs/image/j

peg/2009-

09/fragmented_diagram_of_a_membrane-

electrode_assembly.jpg

Gli elettrodi fungono da siti

catalitici per le reazioni di

cella che consumano

fondamentalmente

idrogeno ed ossigeno,

con produzione di acqua

e passaggio di corrente

elettrica nel circuito

esterno.

Di fr:Utilisateur:Romary - Translation of

Image:Fuell cell.jpg, CC BY-SA 3.0,

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?c

urid=2511196

L’elettrolita ha la funzione di condurre

gli ioni prodotti da una reazione e

consumati dall’altra, chiudendo il

circuito elettrico all’interno della cella.

La reazione elettrochimica è

accompagnata da produzione di

calore, che è necessario estrarre per

mantenere costante la temperatura di

funzionamento della cella.

http://www.miclab.com/2_SEIHIN/2_1_fc/2_1_

1_fc_mea_seru/MEA1.jpg

http://www.chemistryviews.org/SpringboardWebApp/userfiles/chem/image/2013/20

13_06/IndRU_Fuel_Cells/FC_Techs_Fuels_Apps_pt1.gif

Marina Ronchetti, CELLE A COMBUSTIBILE Stato di sviluppo e prospettive della tecnologia, ENEA

Marina Ronchetti, CELLE A COMBUSTIBILE Stato di sviluppo e prospettive della tecnologia, ENEA

Alimentazione del combustibile e dell’aria

Sistema di condizionamento della potenza elettrica

Sistema di recupero del calore sviluppato

Sezione di regolazione e controllo.

Laboratori per la

caratterizzazione

completa dei

materiali

Possibilità di accedere alle

strumentazioni del Centro

Interdipartimentale Grandi

Strumenti.

I laboratori del C.I.G.S. sono

di carattere multidisciplinare

e sono a disposizione di tutti

i ricercatori dell'Ateneo.

Some instruments in charge to

CIGS

o Scanning Electron Microscopes,

EDAX-SEM

o Transmission electron

microscopes, TEM

o Atomic Force Microscope, AFM

o Fourier transform infrared (FTIR)

spectrometers

Reattore per la produzione in continuo di

nanoparticelle

Formulazioni di sospensioni per MCFCs

o Studio e realizzazione di formulazioni a base acquosa di sospensioni per celle a combustibile a carbonati fusi per formatura mediante tape casting (patent pending). Ottimizzazione del comportamento reologico e della composizione mediante additivi.

Esempio di tapes a base LiAlO2 ottenuti con le

formulazioni studiate

Analisi sperimentale su generatori di energia elettrica basati su PEMFC

Generazione di modelli matematici aventi lo scopo di prevedere l’efficacia e le perdite di energia di un sistema di cella a combustibile.

Modellazione e simulazione di un impianto avanzato di un sistema di gasidicazione abbinato a una SOFC - Micro Gas Turbine unit (SOFC-MGT).

Modificazione delle proprietà elettroniche di materiali a base ossido in vista del loro utilizzo come elettrodi in celle a combustibile

Focus principalmente su ( ma non esclusivamente) Ceria e Titania.

TEM di nanoparticelle di Ceria

Test sperimentali

sulla generazione

di elettricità in

impianti a base di

celle a combustibile

Misure di conducibilità

protonica di polymer

electrolyte membrane

(PEM)

Analisi e

valutazione degli

aspetti economici e

del loro impatto sul

sistema produttivo

regionale e

nazionale Analisi sulla creazione di filiere

produttive.

Possibilità di finanziamenti

Esperti in LCA (Life Cycle Assessment)

Esperti di aspetti normativi

Esperti di Green Design e riciclo

Esperti di comunicazione

• Presentazione

delle varie unità

• Newsletter

• Attività di

ricerca

• Tesi

• Possibilità di

finanziamenti

• Progettualità

• Eventi

Bibliografia

Paolo E. Santangelo, Paolo Tartarini, Fuel cell systems and traditional technologies. Part I: Experimental CHP approach, Applied Thermal Engineering 27 (2007) 1278–1284

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Simone Pedrazzi, , Gabriele Zini , Paolo Tartarini, Modelling and simulation of a wind-hydrogen CHP system with metal hydride storage, Renewable Energy, Volume 46, October 2012, Pages 14–22

Paola Luches , Federico Pagliuca and Sergio Valeri , Francesc Illas , Gloria Preda and Gianfranco Pacchioni, Nature of Ag Islands and Nanoparticles on the CeO2(111) Surface, J. Phys. Chem. C 116, 1122 (2012)

P. Luches, F. Pagliuca and S. Valeri, Structural and morphological modifications of thermally reduced cerium oxide ultrathin epitaxial films on Pt(111), Phys. Chem. Chem. Phys., 2014,16, 18848-18857.

Dorian Hanaor, Marco Michelazzi, Paolo Veronesi, Cristina Leonelli, Marcello Romagnoli, Charles Sorrell, Anodic aqueous electrophoretic deposition of titanium dioxide using carboxylic acids as dispersing agents, Journal of the European Ceramic Society, Volume 31, Issue 6, June 2011, Pages 1041–1047

F. Andreola, E. Castellini, J.M.F. Ferreira, S. Olhero, M. Romagnoli, Effect of sodium hexametaphosphate and ageing on the rheological behaviour of kaolin dispersions, Applied Clay Science, Volume 31, Issues 1–2, January 2006, Pages 56–64

M. Romagnoli, , F. Andreola, Mixture of deflocculants: A systematic approach, Applied Clay Science, Volume 31, Issues 1–2, January 2006, Pages 56–64

Marcello Romagnoli, Cristina Leonelli, Elie Kamse, Magdalena Lassinantti Gualtieri, Rheology of geopolymer by DOE approach, Construction and Building Materials, Construction and Building Materials

1. Nuovi catalizzatori • Riduzione costi

• Minore utilizzo di elementi platinoidi

2. Nuovo design di celle a combustibile (PEMFC e DMFC)

• Modularità

• Riciclabilità

• Diminuzione costi

3. Integrazione elettronica-design

4. Studi economici

5. Produzione di fuel cells mediante tecnologia Ink-jet • Riduzione dei costi

• Possibilità di produrre con maggiore flessibilità (forme, dimensioni).

• Riduzione dei tempi tra progettazione e produzione

Marcello Romagnoli DIEF – Unimore

marcello.romagnoli@unimore.it