Obiettivo 1: Produzione di idrogeno verde e pulito
REFERENTE/I
Angela Gondolini – CNR
angela.gondolini@cnr.it
Attività
Questa attività si distingue per un approccio fortemente multidisciplinare che abbraccia diverse fasi dello sviluppo di celle ad ossidi solidi (SOC), dispositivi che permettono lo stoccaggio di energia rinnovabile intermittente sotto forma di H2. Le attività comprendono la sintesi di nuovi materiali, la progettazione di architetture innovative per le celle, la caratterizzazione approfondita dei dispositivi, l’ottimizzazione dei processi elettrochimici e lo studio dettagliato sia dei meccanismi di reazione sia dei fenomeni di degrado e usura nel tempo. Grazie all’esperienza maturata nel settore dal CNR, l’obiettivo è duplice:
1. Sviluppare materiali e componenti innovativi con un impatto ambientale ridotto, ossia a basso contenuto di elementi critici o tossici. Questi verranno integrati in celle elettrochimiche a struttura planare, con l’intento di migliorarne la sostenibilità, senza compromettere l’efficienza.
2. Progettare componenti di celle a conduzione protonica utilizzando tecnologie come il freeze casting. Questo approccio permette di ottenere strutture porose altamente controllate, adatte a operare a temperature intermedie. L’obiettivo finale è realizzare sistemi efficienti per la produzione di idrogeno, una risorsa chiave nella transizione verso un’energia pulita.
Figura 1
Schema del funzionamento di celle ad ossidi solidi per elettrolisi del vapore
Risultati
I risultati ottenuti in queste annualità possono essere così riassunti:
- Sono stati definiti i materiali e le architetture più promettenti attualmente stato dell’arte per la produzione di celle ad ossido solido a conduzione protonica per applicazione in elettrolizzatori a temperatura intermedia;
- Sono state realizzate sospensioni idonee alla produzione di celle elettrodo-supportate da utilizzarsi come riferimento mediante colaggio su nastro e serigrafia;
- Sono stati realizzati back-bone poroso/denso costituito da un supporto avente porosità allineata prodotto mediante freeze-casting ed un elettrolita denso applicato mediante serigrafia;
- Sono state infine realizzate e caratterizzate celle complete standard ed innovative.
L’ottimizzazione di tutti gli step del processo ha portato alla fabbricazione di elettrolizzatori innovativi a bottone gas tight da utilizzare per la produzione di idrogeno dall’acqua a temperatura intermedia ed a limitato contenuto di materiali tossici.
Figura 2
Celle di elettrolisi standard (in alto) ed innovative (in basso)
Figura 3
Procedura di preparazione della cella innovativa
Team di ricerca
Angela Gondolini (ISSMC-CNR)
Elisa Mercadelli (ISSMC-CNR)
Andrea Bartoletti (ISSMC-CNR)
Alessandra Sanson (ISSMC-CNR)
Massimiliano Lo Faro (ITAE-CNR)
Fabiana Matos de Oliveira (ITAE-CNR)
Sara Massardo (ICMATE-CNR)
Sabrina Presto (ICMATE-CNR)
Massimo Viviani (ICMATE-CNR)
In collaborazione con:
Documenti
Innovative low-critical raw materials and medium-entropy perovskite for intermediate temperature solid oxide electrochemical cells, Ceramics International 50 (2024) 684–691, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.10.146
Exsolved perovskites for reliable SOFCs fed with dry biogas, International Journal of Hydrogen Energy 95 (2024) 1151-1157, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.326
An experimentally derived calibration model for hydrogen-fueled solid oxide fuel cells at intermediate temperature, International Journal of Hydrogen Energy 95 (2024) 1126-1136 in press, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.03.217
E. Mercadelli, A. Gondolini, A. Bartoletti , F. Bagioni , P. Pinasco, A. Sangiorgi, M. Lo Faro , F. Matos de Oliveira, S. Massardo, S. Presto, M. Viviani, A. Sanson “Production strategies for proton conducting SOC” EFCF 2024: 16th European SOFC & SOE Forum 2 – 5 July 2024, Lucerne, Switzerland, Extended abstract with DOI A1605.
