platinosintetico tm la prima cella a combustibile pem con catalizzatori privi di platino alimentata...
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PLATINOSINTETICOTM
La prima cella a combustibile PEM
con catalizzatori privi di platino
alimentata ad etanolo diretto
ICCOM-CNR
CHI SIAMOTechnofil, gruppo Filteco, di Cerro Maggiore (MI) è impegnata, dai primi mesi del 2002, congiuntamente ad ICCOM-CNR, allo sviluppo ed alla brevettazione di:
•catalizzatori per fuel cells e processi di reforming
•celle a combustibile a membrana polimerica solida, funzionanti a bassa temperatura.
Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetalliciIstituto di Chimica dei Composti OrganoMetalliciICCOM-CNRICCOM-CNR
• Sede centrale presso l’Area di Ricerca CNRSede centrale presso l’Area di Ricerca CNR
nel Polo Scientifico di Sesto Fiorentinonel Polo Scientifico di Sesto Fiorentino• Due sezioni presso le Università di Pisa e Bari Due sezioni presso le Università di Pisa e Bari • Più di 100 persone lavorano presso l’ICCOMPiù di 100 persone lavorano presso l’ICCOM [29 ricercatori CNR, 24 ricercatori associati da[29 ricercatori CNR, 24 ricercatori associati da varie Università, 8 tecnici, 5 amministrativi]varie Università, 8 tecnici, 5 amministrativi]
Ricerca di base ed applicata per uno sviluppo sostenibile
PLATINOSINTETICOTM
• Catalizzatori all’anodo ed al catodo, senza metalli preziosi, basati su nichel, cobalto e ferro, soli od in miscele binarie e ternarie
• Alimentazione ad alcol etilico diretto, con ossidazione completa dell’EtOH a CO2 e rendimento tra il 42 ed il 45%, a temperatura e pressione ambiente
ICCOM-CNR
PLATINOSINTETICOTM
Premio Legambiente & Regione Lombardia 2004
Perché elettro-catalizzatori senzaplatino, per fuel cells PEM
La diffusione delle PEFC e delle DAFC, e di ogni altra cella con catalizzatore al platino, è limitata dalla scarsa disponibilità di questo metallo, e quindi, dal suo alto costo.
Il platino ha una infinità di usi, e viene massivamente impiegato per la produzione di convertitori catalitici per l’auto.
Con una produzione di sole 165 tonnellate nel 2002, la domanda supera per il momento la produzione, ed è destinata ad aumentare in maniera esorbitante, con l’espansione dell’industria dell’idrogeno
PLATINOSINTETICOTM
Catalizzatori senza platino: Perché?
I catodi a base di platino sono sensibili all’alcol di “cross-over”, causa di importante polarizzazione.
Gli anodi a base di platino sono soggetti ad essere avvelenati dal CO o comunque a provocare gravi sovratensioni. Per questo motivo si usano spesso composti bimetallici (es. Pt-Ru)
Gli anodi a base di platino si passivano irreversibilmete nel processo di ossidazione di etanolo
PLATINOSINTETICOTM
Le principali caratteristiche
I catalizzatori a base di Fe, Co, e Ni sono molto meno sensibili del platino al monossido di carbonio .
I catodi, principalmente basati su Ni, non sono sensibili all’alcol di “cross-over”. Questo consente di impiegare miscele di acqua-alcol, a concentrazioni fino a 5 volte maggiori rispetto alle celle basate su Pt, estendendo l’autonomia di funzionamento.
PLATINOSINTETICOTM
Le principali caratteristiche
Grazie alla vasta dispersione superficiale, ed alla dimensione nanometrica delle particelle metalliche (1-4 nm) si osserva una notevole attività con basse cariche (<0,2 mg/cm2) con conseguente diminuzione dei costi ed dell’impatto ambientale
La composizione metallica del catalizzatore a base di Ni- Co-Fe può essere riformulata e adattata, per usare, con alta efficienza una vasta gamma di combustibili tra cui: etanolo, glicole etilenico, metanolo, etanolo, idrogeno e kerosene.
PLATINOSINTETICOTM
Fotografia all’ESEM delle particelle trimetalliche di PlatinosinteticoTM supportato su VULKAN, e corrispondente analisi elementare.
PLATINOSINTETICOTM
Tutte le particelle metalliche hanno la stessa composizione
PLATINOSINTETICOTM
Alla base dei risultati ottenuti da Technofil ed ICCOM vi è l’impiego di un polimero templante capace di coordinare ioni metallici in modo da formare aggregati misti.
A seguito di riduzione o trattamento termico in presenza di un materiale di supporto conduttivo, ad esempio VULKAN, vengono ridotti a particelle finemente disperse contenenti nelle quali i metalli formano una lega.
PLATINOSINTETICOTM
Le nanoparticelle di PLATINOSINTETICOTM supportate, sono caratterizzate da:
•Grande reattività nei confronti dell’idrogeno e dei composti che lo contengono in forma atomica (alcoli, zuccheri, idrocarburi ed acqua).
•Sono molto stabili, mantenendo la distribuzione originaria fino ad elevatissime temperature (> 800 °C sotto azoto).
FUEL CELL: PERCHE’ ETANOLO
• Fonte di energia completamente rinnovabile: “from nature to nature”
• Facile da trasportare e maneggiare• Non tossico: “as safe as beer”
H2: problemi di trasporto e stoccaggio
Metanolo: Tossico, limitata produzione da rinnovabile
COMBUSTIBILI FOSSILI
Milioni di anni fa…Oggi
CO2
Biomassa
Idrocarburi
Elettricità
Centrale
METANOLO COME VETTORE D’IDROGENO?
Milioni di anni fa…Oggi
CO2
Biomassa
Idrocarburi
Elettricità
Metanolo
CO2
Raffineria
ETANOLO, VETTORE RINNOVABILE D’IDROGENO!
Trattata con enzimi, trasformata in zuccheri
Dopo la fermentazione si distilla etanolo
CO2
BIOMASSA
Triturata finemente
Fuel Cell ad Etanolo diretto
RINNOVA OSSIGENO +BIOMASSA
ETANOLO: “…dalla natura alla
natura…”
Elettricità
SCHEDA TECNICA
• Elettrolita membrana polimerica a cambio anionico• Ione che promuove la reazione OH- • Temperatura 30 - 60 °C• Elettro-catalizzatore PLATINOSINTETICO®
• Combustibile alcoli, idrogeno e vari composti contenenti idrogeno in forma atomica (C-H, N-H)
• Ossidante Ossigeno atmosferico (self breathing) • Efficienza elettrica 42 - 45 %• Densità potenza accertate da 65mW/cm2 a 22°C fino a 140
mW/cm2 a 45 °C a seconda del combustibile• Singole celle monoplanari, sistemi binari e stack
SCHEDA TECNICAperformance tipica di una cella ad EtOH
con membrana a scambio anionico
CURVA DI POTENZA
0
10
20
30
40
50
60
70
0 100 200 300
mA/cm2
mW
/cm
20
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
mV
POTENZA mW/cm2 TENSIONE mVTEST A CARICO COSTANTE
0
5
10
15
20
25
0 100 200 300 400
MI NUTI
mW
/cm
2
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
mV
POTENZA mW/cm2 TENSIONE mV
Aumento dovuto ad auto-riscaldamento
Esaurimento combustibile
Facile da costruire,
osservare, comprender
eCella
mono-planare Technofil
alimentataad etanolo diretto
5%, dotata di catalizzatori
platinosintetico®,a base di ferro-cobalto-nichel
EDUCATIONAL PROGRAM
EDUCATIONAL PROGRAM
• In tutto il mondo si parla di Fuel Cell e di economia dell’idrogeno, ma sono ancora in pochi ad “avere toccato” una Cella a Combustibile ed ancor meno ad averne osservato il funzionamento in relazione alle reazioni anodiche e catodiche.
• I mass-media hanno stimolato una grande curiosità ed interesse, ed un mercato pronto ad acquistare celle a combustibile dimostrative.
• Technofil è in grado di introdurre prodotti “educational” privi di platino, a costi ridotti, e funzionanti ad alcol etilico, l’unico facilmente acquistabile nei supermercati.
SECONDA FASE COMMERCIALE
Batterie e carica-batterie per:
• Telefoni e Computer portatili • Utensili elettrici• Illuminazione e segnaletica stradale• Attrezzatura da campeggio• Biciclette elettriche e mezzi di trasporto
per disabili
Carica-batteria per telefoni portatili costituita da da due celle self-breathing (28 cm2) PlatinosinteticoTM alimentate ad etanolo
Prima generazione
Seconda generazione
PLATINOSINTETICO®
Paolo Bert
www.technofil.com
Responsabile scientifico: Dr. Claudio BianchiniICCOM-CNR, Area della Ricerca CNR, Firenze
http://www.iccom.cnr.it/