LA1.1.7 – Sviluppo di materiali e componenti con ridotto contenuto di metalli preziosi per elettrolizzatori protonici (PEM) basati su membrane innovative operanti anche ad elevata pressione differenziale (ITAE, ICCOM, ITM, ISMN)

Attività

Il progetto prevede lo sviluppo di i) catalizzatori per il processo di evoluzione di ossigeno (OER) e di idrogeno (HER) ad elevata attività catalitica e con ridotto contenuto di Critical Raw Materials (CRM) e ii) di nuove membrane a scambio cationico (PEM) a matrice mista, con migliorate prestazioni elettrochimiche e stabilità per un sistema di elettrolisi PEM a basso costo per un funzionamento altamente efficiente ad elevate densità di corrente e pressione (30 bar e 4 A cm^-2). Le nuove soluzioni saranno convalidate dimostrando un elettrolizzatore robusto e a risposta rapida che meglio si adatta alle fonti rinnovabili; con una significativa riduzione dei costi CAPEX e OPEX dell’elettrolizzatore.

Risultati

• Nell’ottica di avere non solo membrane efficienti, ma anche prodotte con metodi sostenibili, presso il CNR-ITM sono state investigate alternative sostenibili ai classici solventi quali DMA, DMF e NMP, altamente tossici, comunemente impiegati nella produzione delle membrane polimeriche, incluso le PEM. E’ stato individuato il Polarclean come alternativa verde ai tradizionali solventi polari aprotici. E’ stato inoltre sviluppato un protocollo di produzione di membrane di Nafion polimeriche e a matrice mista, altamente stabili e performanti, a partire da soluzioni idroalcoliche del polimero. Come additivo funzionale è stato impiegato il CytroCell, una nanofibra cellulosica prodotta a partire da scarti dell’industria agrumaria, in grado di migliorare le proprietà meccaniche delle membrane. Il CNR-ISMN ha ottimizzato il processo di desolforizzazione elettrochimica spazialmente controllata di substrati di MoS₂, creando vacanze di zolfo che hanno mostrato un miglioramento significativo nella performance HER. In collaborazione con il CNR-ICCOM e l’Università di Milano Bicocca, sono state condotte misure di voltammetria a scansione lineare per valutare l’attività elettrocatalitica del MoS₂ difettato. I risultati hanno indicato un notevole incremento dell’attività catalitica rispetto al materiale non trattato. L’attività svolta al CNR-ITAE è stata la produzione dei MEAs effettuata valutando la migliore miscela possibile tra IrRuOx e Pt/C, utilizzati come elettrocatalizzatori anodici e catodici, e PtCo, utilizzato come catalizzatore di ricombinazione e la membrana, insieme al ionomero con lo stesso polimero avente un basso peso equivalente. Le prestazioni dei MEAs sono state valutate attraverso misurazioni di polarizzazione, EIS, a diverse temperature e studi di stabilità in “steady state”.

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