Le celle a ossido solido (SOC) sono dispositivi elettrochimici che in linea teorica possono funzionare in modo reversibile per la produzione di potenza elettrica (SOFC) o per l'accumulo di energia mediante produzione di combustibili (SOEC) [1]. Per la specificità delle reazioni chimiche e l'ottimale trasformazione dell'energia che derivano entrambi dalle elevate temperature di esercizio, tali dispositivi sono tra i più efficienti ed economici sistemi esistenti in commercio e possono collocarsi perfettamente nel segmento dei dispositivi stazionari di piccola e media taglia (da poche centinaia di watt fino ai megawatt)[2, 3]. In modalità cella a combustibile, la generazione di energia elettrica avviene in conseguenza dell'ossidazione dell'idrogeno o del metano, mentre in modalità elettrolisi, la cella viene alimentata con energia per ridurre reagenti come vapore o CO2 in combustibili come H2 e CO. Ciononostante, sono tante ancora le limitazioni tecnologiche che ne rallentano una estesa commercializzazione, primo tra tutte il materiale dell'elettrodo fuel che è esclusivamente a base di Ni[4]. In modalità di funzionamento da cella a combustibile, l'uso del Ni implica rischi elevati di formazione di carbone nel caso ad essere usato come combustibile sia un fuel organico. Diversamente, nel caso le celle vengano usate in modalità di elettrolisi, l'uso di Ni implica elevati rischi di ri-ossidazione e praticamente nessuna selettività verso la produzione di metano. Perciò, gran parte della ricerca in questo campo è rivolta a cercare di soppiantarne l'uso del Ni con materiali alternativi. Realizzare configurazioni di cella come quelle attualmente in commercio ma con elettrodi fuel a base di materiali alternativi al Ni, sembra essere un percorso articolato ed a lungo termine. Pertanto una possibile soluzione risiede nell'adottare uno strato protettivo per l'elettrodo di Ni cosi da mitigarne gli effetti di degrado e allo stesso tempo migliorarne il chimismo nelle trasformazioni elettrochimiche. In questa fase progettuale ed in continuità con quanto effettuato nel corso del primo anno, è stata studiata una configurazione di cella a larga area (100 cm2) ottimizzandone il processo di deposizione con uno strato protettivo pre-catalitico a base di perovskite opportunamente modificata per migliorarne i processi di trasformazione energetica che intervengono durante il "gas-to-power" ed il "power-to-gas". A seguire, è stata effettuata una estesa caratterizzazione dei due processi di trasformazione mediante misure elettrochimiche e chimico-fisiche al fine di determinare le migliori condizioni operative, nonché ricavarne dati propedeutici per il successivo periodo di attività sperimentale.
Ricerca di Sistema (PAR 2019-2021) - WP3 - LA3.2 Cella reversibile ad ossidi solidi per processo combinato di (CO2/H2O)-metanazione e generazione energia elettrica
Massimiliano Lo Faro;Giuseppe Monforte;
2021
Abstract
Le celle a ossido solido (SOC) sono dispositivi elettrochimici che in linea teorica possono funzionare in modo reversibile per la produzione di potenza elettrica (SOFC) o per l'accumulo di energia mediante produzione di combustibili (SOEC) [1]. Per la specificità delle reazioni chimiche e l'ottimale trasformazione dell'energia che derivano entrambi dalle elevate temperature di esercizio, tali dispositivi sono tra i più efficienti ed economici sistemi esistenti in commercio e possono collocarsi perfettamente nel segmento dei dispositivi stazionari di piccola e media taglia (da poche centinaia di watt fino ai megawatt)[2, 3]. In modalità cella a combustibile, la generazione di energia elettrica avviene in conseguenza dell'ossidazione dell'idrogeno o del metano, mentre in modalità elettrolisi, la cella viene alimentata con energia per ridurre reagenti come vapore o CO2 in combustibili come H2 e CO. Ciononostante, sono tante ancora le limitazioni tecnologiche che ne rallentano una estesa commercializzazione, primo tra tutte il materiale dell'elettrodo fuel che è esclusivamente a base di Ni[4]. In modalità di funzionamento da cella a combustibile, l'uso del Ni implica rischi elevati di formazione di carbone nel caso ad essere usato come combustibile sia un fuel organico. Diversamente, nel caso le celle vengano usate in modalità di elettrolisi, l'uso di Ni implica elevati rischi di ri-ossidazione e praticamente nessuna selettività verso la produzione di metano. Perciò, gran parte della ricerca in questo campo è rivolta a cercare di soppiantarne l'uso del Ni con materiali alternativi. Realizzare configurazioni di cella come quelle attualmente in commercio ma con elettrodi fuel a base di materiali alternativi al Ni, sembra essere un percorso articolato ed a lungo termine. Pertanto una possibile soluzione risiede nell'adottare uno strato protettivo per l'elettrodo di Ni cosi da mitigarne gli effetti di degrado e allo stesso tempo migliorarne il chimismo nelle trasformazioni elettrochimiche. In questa fase progettuale ed in continuità con quanto effettuato nel corso del primo anno, è stata studiata una configurazione di cella a larga area (100 cm2) ottimizzandone il processo di deposizione con uno strato protettivo pre-catalitico a base di perovskite opportunamente modificata per migliorarne i processi di trasformazione energetica che intervengono durante il "gas-to-power" ed il "power-to-gas". A seguire, è stata effettuata una estesa caratterizzazione dei due processi di trasformazione mediante misure elettrochimiche e chimico-fisiche al fine di determinare le migliori condizioni operative, nonché ricavarne dati propedeutici per il successivo periodo di attività sperimentale.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
