Celle PEM ottimizzate localmente per lunga durata

Data di pubblicazione

29-06-2017

Codice

EG.17.016.A

Stato

Disponibile

Data di priorità

19-06-2017

Fase

Internazionale (PCT)

Titolare

Politecnico di Milano

Dipartimento

DIPARTIMENTO DI ENERGIA

Autori

Andrea Casalegno, Claudio Rabissi, Laila Grahl-Madsen

Descrizione

Le celle a combustibile sono dispositivi elettrochimici in grado di convertire l’energia chimica in energia elettrica grazie all'ossidazione di un combustibile (gassoso, quale l’idrogeno, o liquido come, ad esempio, metanolo) combinata con la riduzione dell’ossigeno, formando acqua e energia elettrica; il processo inverso avviene nelle celle per elettrolisi. Uno dei problemi delle celle con membrana a scambio protonico (PEM) è la limitata vita utile. In particolare, l’operazione è caratterizzata da una distribuzione non uniforme della densità di corrente prodotta che tende a incrementare nel tempo, determinando un limitante invecchiamento non uniforme dei componenti. Per ottimizzare le condizioni operative locali e massimizzare l’omogeneità della densità di corrente in una cella a combustibile al fine di ridurne la degradazione, viene sviluppato un gradiente delle proprietà (quantità, spessore dello strato catalitico o di ionomero) di uno o più componenti dell’assemblato membrana-elettrodo (MEA), variando al contempo uno o più parametri di controllo dell’operazione (flusso, temperatura, umidità o pressione dell’ossidante). Ad esempio, è stato dimostrato che incrementando il carico di catalizzatore in prossimità dell’ingresso e dell’uscita dell’aria e riducendolo nelle zone centrali di una cella a combustibile PEM a metanolo diretto (DMFC) e leggermente incrementando la portata d’aria nel tempo, è stata raggiunta una riduzione della degradazione del 70% su una base di 500 ore di operazione. Il metodo brevettato dunque, basandosi sullo studio dei meccanismi locali di degradazione dei componenti di una cella a combustibile, consente di progettare i componenti dell’assemblato membrana – elettrodo con gradienti di proprietà in combinazione con l’elaborazione di una strategia di funzionamento ottenendo importanti risultati in termini di estensione della vita utile.

Campo di applicazione

L’invenzione trova applicazione nel settore della generazione elettrica o elettrolisi basata su tecnologia a celle PEM, sia alimentata a idrogeno che con combustibili quali gas di sintesi o liquidi metanolo od etanolo. Settori nei quali è possibile una penetrazione dell’invenzione sono pertanto a titolo di esempio la generazione elettrica stazionaria distribuita o portatile, così come l’autotrazione (sia consumer che di movimentazione industriale), elettrolisi e sistemi di cogenerazione, spaziando in un ampio range di taglie.

Vantaggi

Il metodo brevettato consente di estendere la vita utile di una cella a combustibile e di migliorarne le prestazioni.

Stadio di sviluppo

Prototipo

Contatto

licensing.tto@polimi.it