Solid-state-electrolytes for advanced power devices
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Creato da
Lufrano, Ernestino
Cipparrone, Gabriella
Nicotera, Isabella
Simari, Cataldo
Baglio, Vincenzo
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Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie fisiche, chimiche e dei materiali. Ciclo XXXIII; Il problema della produzione e immagazzinamento dell’energia, risulta essere ad oggi, un problema di
fondamentale importanza, considerando la continua crescita demografica e le problematiche legate
all’elevato inquinamento ambientale. Per tali motivi, la ricerca di nuovi metodi di produzione e
immagazzinamento, acquista un’importanza sempre più rilevante. Oggi, uno dei sistemi di accumulo di
energia più utilizzati nei vari settori è quello delle batterie agli ioni di litio, grazie alla loro elevata capacità di
accumulo e all'elevata efficienza energetica. Tali dispositivi, sono utilizzati per apparecchiature mobili quali
computer portatili, telefoni cellulari, e per l'alimentazione di veicoli elettrici. In riferimento a questi ultimi,
nello specifico, lo scopo è quello di raggiungere una maggiore competitività rispetto al motore a combustione
interna, in termini di autonomia, costi e potenza. Un sistema di propulsione ibrido, il cui compito è quello di
garantire un'elevata efficienza ma allo stesso tempo un basso impatto ambientale, è generalmente costituito
da un gruppo motore-generatore e da un serbatoio di accumulo elettrico. Attualmente tale sistema risulta
essere la soluzione più praticata, ma da alcuni anni la ricerca è stata indirizzata verso proposte alternative,
quali ad esempio la tecnologia delle celle a combustibile (FC), le quali sono in grado di generare elettricità in
modo pulito ed efficiente utilizzando l'idrogeno come combustibile. Tra i vari tipi di celle, quelle basate su un elettrolita polimerico, sono particolarmente rilevanti per il settore automobilistico. In particolare le Proton-
Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs) offrono interessanti vantaggi nelle applicazioni veicolari o portatili,
come la rapidità di avviamento, l'elevata efficienza di conversione energetica (~ 50%), il ridotto impatto
ambientale per le basse emissioni di CO2 (zero nel caso in cui l'idrogeno sia il carburante) e temperature di
funzionamento relativamente basse (tra 60 e 130 °C).
Le celle a combustibile e le batterie agli ioni di litio sono state oggetto della presente tesi di dottorato
sviluppata nel Laboratorio di Chimica Fisica e Materiali Applicati (PCAM LAB) presso il Dipartimento di
Chimica e Tecnologie Chimiche dell'Università della Calabria.
La sezione dedicata alle celle a combustibile, comprende aspetti generali su questa tecnologia, la descrizione
delle membrane a scambio protonico e a scambio anionico, la preparazione di membrane composite, e infine
i risultati della mia ricerca. L'obiettivo generale del lavoro è stato quello di progettare, sintetizzare e valutare
elettroliti compositi innovativi con proprietà specifiche per le celle a combustibile a membrana polimerica.
Mentre, la sezione dedicata alle batterie agli ioni di litio riguarda lo studio degli elettroliti polimerici compositi
in gel (GPE) a base di argille organo-modificate disperse in miscele di polimeri PEO-PAN e liquidi ionici (IL).
Le principali tecniche impiegate per lo studio degli elettroliti sintetizzati vanno dalla spettroscopia NMR alla
spettroscopia di impedenza elettrochimica, dall'analisi meccanica (DMA) fino alle misure di polarizzazione
elettrochimica nelle celle a combustibile DHFC e DMFC.Soggetto
Elettroliti polimerici; EIS; Batterie al litio; Polarizzazione
Relazione
CHIM/02;