Rapporto Tecnico delle attività svolte per la caratterizzazione elettrochimica di celle fotoelettrochimiche tandem - Report PORH2-D1.1.34.21

Al fine di sviluppare una cella di fotoelettrolisi tandem “Critical Raw Materials-free” per la produzione di idrogeno sono stati sviluppati materiali per il fotoanodo a base di Fe2O3 (ematite) e materiali per il fotocatodo a base di CuO (ossido cuprico). Per quanto riguarda il semiconduttore anodico sono state sintetizzate, attraverso bagno chimico, nanocolonne di ematite. Due cocatalizzatori, che possano promuovere, rispettivamente, l’evoluzione di ossigeno a base di NiFeOX (nichel-ferro ossido) e di idrogeno a base di NiCu (nichel-rame), sono stato sintetizzati in accordo al “metodo degli ossalati”. Le polveri ottenute sono state depositate sui semiconduttori attraverso una procedura automatizzata di “spray coating”. I materiali anodici sono stati depositati su un substrato vetroso conduttivo a base di ossido di stagno drogato con fluoro (FTO/vetro), ottimizzando le procedure di deposizione per ottenere film omogenei e trasparenti. Un substrato di supporto idrofobico poroso e conduttivo è stato sviluppato, come substrato catodico, per facilitare la produzione diretta di idrogeno ad elevata purezza. Nel caso del semiconduttore catodico, inoltre, essendo a banda stretta, quindi intrinsecamente meno stabile, sono stati depositati materiali protettivi. Inoltre, sono state introdotte membrane elettrolitiche polimeriche, funzionalizzate “ad hoc” in laboratorio. Per assicurare un buon contatto tra l’elettrodo e l’elettrolita, infine, dalle suddette membrane sono state preparate dispersioni ionomeriche. Sono stati effettuati test elettrochimici in cella fotoelettrochimica completa tandem del tipo: vetro conduttivo commerciale/ematite/co-catalizzatore a base di nichel-ferro ossido/ionomero/membrana polimerica anionica funzionalizzata/ionomero/strato protettivo/co-catalizzatore a base di nichel-rame/ossido cuprico/Sigracet. Negli ultimi sei mesi di attività progettuale, sono state, quindi, valutate le prestazioni in cicli di polarizzazione consecutivi e in stress-test potenziostatici (-1.3 V) di durata, in termini di degradazione della fotocorrente e di decremento dell’efficienza fotoelettrochimica. Il milestone previsto al mese 42 (M1.1.34.25) su una cella con area attiva di 0.25 cm2: efficienza di produzione  15%, ad una tensione di cella di 1.3 V; purezza dell’idrogeno prodotto, valutata tramite analisi gascromatografica,  99.99%; era stato già raggiunto al mese 36, come dimostrato nel precedente deliverable D1.1.34.17.