Il gruppo “Progettazione e produzione di celle a combustibile” ha la missione principale di studiare nuovi progetti per celle a combustibile con l’obiettivo di migliorare le prestazioni e contemporaneamente, riducendo i costi. I due elementi sono fondamentali per il successo della tecnologia sui mercati in cui le celle a combustibile possono avere un ruolo importante. Il gruppo crede fortemente che ci sia molto spazio di miglioramento sia nel campo dei materiali che dell’intero design. Anche quello della produzione è considerato impegnativo, ma potenzialmente molto promettente per la riduzione dei costi e l’aumento della qualità.
- Nuovi modelli di celle a combustibile
La filosofia che guida il gruppo è quella di sviluppare PEM Fuel Cell senza la presenza di membrana polimerica come elettrolita.
Questo permette di ottenere diversi obiettivi:
- semplificare la progettazione e il costo di produzione della cella;
- aumentare la durata del tempo:
- ridurre la quantità di catalizzatore necessario per avere una buona cinetica chimica
- grazie all’aumento della temperatura all’interno della cella consentita dall’assenza della membrana polimerica.
- Al momento un nuovo prototipo membraneless con le caratteristiche di cui sopra è in fase di realizzazione. Ha già superato la prova del concetto con prospettive interessanti.
- Processo di produzione
La strategia per il miglioramento del processo di produzione consiste nell’utilizzare tecniche consolidate in altri settori industriali, ma non utilizzate nella produzione di celle a combustibile tradizionali o innovative. In questo modo è possibile ottenere diversi vantaggi:
Riduzione del “time-to-market” per l’applicazione delle tecniche in quanto il mercato offre già macchine commerciali ad alta affidabilità.
L’adozione di tecnologie mature permette di ridurre anche i rischi legati al loro utilizzo in nuovi settori industriali. Sono infatti ben conosciuti ed è più facile adattarli alla nuova produzione.
il costo dell’introduzione di tali tecnologie è basso perché è ampiamente possibile adattare le macchine commerciali esistenti.
L’unità collabora con tutte le altre del gruppo interdipartimentale, in particolare con: Elettrochimica, Azionamenti Elettrici ed Elettronica di Potenza, Catalisi ed Economia per tutti gli aspetti legati al mercato.
Inoltre mantiene un forte contatto con tutti i settori che possono offrire interessanti tecnologie per la produzione di celle a combustibile e sono fortemente motivati ad entrare in questo mercato.
| Strumenti | Applicazioni |
| Reometri rotazionali e ad altissimi shear rate | Studio e ingegnerizzazione della reologia della sospensione per inchiostri catalizzatori FC |
| Porosimetro a mercurio | Porosità di piatti bipolari, GdL, membrane, elettrodi ecc. |
| Potenziale zeta | Studio della stabilizzazione di sospensioni di inchiostri per celle a combustibile |
| Bubble test * | Studio della propensione dell’inchiostro catalitico di formare bolle dannose nella deposizione mediante inkjet |
| Evaporation test * | Test per cinetiche di essiccazione dell’inchiostro catalitico |
| BET | Misura di Area Superficiale Specifica di polveri e catalizzatori |
| Granulometro laser | |
| Sistema di deposizione di inchiostri catalitici mediante 3D printer | Realizzazione di celle a combustibile |
- Pubblicazioni
Andreas Willert, Farzin Z. Tabary, Tatiana Zubkova, Paolo E. Santangelo, Marcello Romagnoli, Reinhard R. Baumann, Multilayer additive manufacturing of catalyst-coated membranes for polymer electrolyte membrane fuel cells by inkjet printing, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 47, Issue 48, 2022, (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.04.197)
Cannio, M., Righi, S., Santangelo, P.E., Romagnoli, M., Pedicini, R., Carbone, A., Gatto, I., Smart catalyst deposition by 3D printing for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell manufacturing, Renewable Energy, 163, pp. 414-422, (2021) (https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.08.064)
Cannio, M., Mortalò, C., Prestianni, M., Andreola, F., Deambrosis, S.M., Miorin, E., Zin, V., Boccaccini, D.N., Romagnoli, M., Manufacturing of BaCe0.65Zr0.20Y0.15O3-δ-Ce0.85Gd0.15O2-δ structures by micro-extrusion 3D-printing, Materials Letters, 284, art. no. 128970 (https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128970)
(2021).
Santangelo, Paolo Emilio; Cannio, Maria; Romagnoli, Marcello, Review of catalyst-deposition techniques for PEMFC electrodes, Tecnica Italiana, 63 (1), pp. 65-72, (2019) (http://hdl.handle.net/11380/1162598)