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Le celle a combustibile sono un elemento fondamentale di qualsiasi sistema basato sulla produzione di energia da fonti rinnovabili. Le celle ad alta temperatura (celle ad ossidi solidi – SOFC) consentono di convertire direttamente in energia elettrica non solo idrogeno ma anche idrocarburi provenienti dal trattamento di materiale naturale e/o riciclato (bio-combustibile).

Il recupero del calore prodotto dalla reazione consente di ottenere rendimenti complessivi del 90%. La reazione può essere forzata nella direzione opposta, cioè spendendo energia elettrica per produrre idrogeno (cella di elettrolisi). In tal modo è quindi possibile effettuare un immagazzinamento energetico sotto forma di gas compresso o di composti idrogenati, necessario per armonizzare la natura intermittente delle fonti rinnovabili con la domanda di energia.

La ricerca sui materiali per le SOFC richiede competenze chimico-fisiche relative sia ai materiali ceramici sia metallici, visto che le celle più avanzate sono realizzate depositando strati ceramici su un supporto metallico e le celle sono organizzate in pile (stack) separate da interconnettori di acciaio.

Ieni 17

Lo IENI è attivo da circa otto anni  nel settore delle SOFC e partecipa a progetti europei sullo sviluppo di nuove architetture (IDEAL-Cell), nuovi materiali (EVOLVE Cell) e nuove metodologie di analisi (ENDURANCE).

L’architettura duale sviluppata nel primo caso consente di ridurre drasticamente i fenomeni di corrosione dovuti alla formazione di acqua in uno dei due elettrodi, poiché la ricombinazione tra ioni H+ e O2- avviene in una membrana porosa isolata sia dal comparto anodico sia da quello catodico.

Il supporto composito metallo-ceramico della cella Evolve, rappresenta un nuovo concetto di cella metallo-supportata, grazie alla separazione della funzione strutturale, affidata una schiuma metallica passivata superficialmente da allumina, da  quella di conduttore elettronico svolta da un ossido conduttore. In questo modo si ottiene una notevole resistenza alla corrosione delle parti metalliche unita a maggiore tolleranza alle impurezze.

Il progressivo degrado delle stack SOFC è dovuto a fenomeni di corrosione degli interconnettori, innescati da reazioni allo stato solido e in fase gas, attive dopo alcune centinaia di ore in esercizio. Grazie a un banco prova ideato allo IENI è possibile riprodurre le condizioni operative (temperatura, composizione e pressione dei gas, corrente elettrica) nei diversi punti di una stack e sottoporre i materiali a tali condizioni senza dover realizzare (e smantellare) una pila vera e propria, con un enorme risparmio di tempo e risorse.

Il continuo miglioramento dei materiali e quindi di performance e affidabilità delle celle SOFC consentirà presto il loro impiego in applicazioni domestiche, contribuendo significativamente alla riduzione del consumo di idrocarburi di origine fossile.

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