Descrizione previsione attività della commessa "Tecnologie e materiali ceramici per applicazioni energetiche (PM.P03.019)"

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  • Descrizione previsione attività della commessa "Tecnologie e materiali ceramici per applicazioni energetiche (PM.P03.019)" (literal)
Iniziative per acquisizione entrate
  • La commessa ha appena sottomesso un proposal nell'ambito del programma europeo FET-open di Horizon 2020 ed è in attesa di valutazione di due progetti nazionali SIR. Nel contempo sono in preparazione due nuovi proposals da presentare nelle nuove call di Horizon 2020. Contestualmente vengono considerati i bandi provenienti da organismi pubblici nazionali (ministeri sviluppo economico, ricerca e ambiente) regionali e provinciali (con particolare riferimento alle attività del tecnopolo energia della provincia di Ravenna). In questo ambito, la commessa si prefigge di partecipare alle nuove call relative ai programmi POR-FESR prossimi venturi. Il modulo inoltre compie attività di supporto industriale a realtà economiche private legate al settore energetico e di processo ed ha in previsione di stringere collaborazioni più strette con università e enti pubblici italiani e internazionali per poter costruire un network solido e ben strutturato in grado di accedere con migliorate possibilità di riuscita a bandi nazionali e comunitari. (literal)
Punti critici
  • L'accoppiamento di due strati con caratteristiche morfologico-strutturali molto diverse rappresenta il punto critico per la realizzazione sia di celle a combustibile ed elettrolizzatori ad ossido solido planari che di membrane asimmetriche per la separazione di gas. E' quindi necessario esaminare attentamente le caratteristiche termo-meccaniche dei due strati sia singoli che accoppiati allo scopo di diminuire la temperatura di sinterizzazione dello strato denso e contemporaneamente realizzare per gli elettrodi o per il supporto della membrana attiva un'adatta microstruttura porosa. I cicli termici sono una criticità anche nel caso della realizzazione di semicelle metallo-supportate dove il supporto metallico deve essere trattato in atmosfera riducente per evitarne l'ossidazione. Elettroliti solidi per accumulo energetico fanno uso di materiali altamente refrattari (sodio beta allumine) che necessitano di processi di formatura in grado di garantire la costanza sia dimensionale che composizionale nonché la necessaria integrità termomeccanica. Attualmente i processi considerati non sono ancora riusciti a garantire tutte queste proprietà con la necessaria precisione soprattutto per membrane con dimensioni > di 25 mm in diametro e spessori inferiori al millimetro. Le celle solari di terza generazione, benché appetibili in termini di costo e possibile integrazione architettonica non garantiscono al momento i valori di efficienza e stabilità temporale adatte alla loro piena commercializzazione. Sigillanti stabili nel tempo e elettroliti non liquidi rappresentano stadi chiave per spostare l'interesse industriale verso questo tipo di dispositivo. Un intenso studio sui vari componenti e le loro mutue interazioni è ancora necessario prima di poter produrre in maniera industrialmente interessante questi dispositivi. Si aggrava infine l'obsolescenza di alcune apparecchiature. Questo problema viene affrontato e contenuto con una attenta manutenzione da parte di personale interno con ausilio di figure esterne. Si cercherà, disponibilità finanziare permettendo, di giungere alla sostituzione di quelle apparecchiature ritenute indispensabili che al momento non possono più garantire prestazioni ad un livello richiesto dalle attività di ricerca. Ove le apparecchiature non siano presenti in Istituto si sopperisce con accordi di collaborazione con Istituzioni, pubbliche o private, che possiedono la competenza e la strumentazione adatta allo svolgimento di una parte dell'attività di ricerca. L'assunzione di personale qualificato a tempo determinato e indeterminato garantirebbe la necessaria continuità operativa della commessa moltiplicandone le potenzialità e permettendo collaborazioni più fattive con enti e organizzazioni nazionali e internazionali. (literal)
Attività da svolgere
  • Ottimizzazione dei cicli di co-firing e sinterizzazione dei vari elementi per la realizzazione di SOFC e SOEC ad alta area a conduzione anionica costituite da doppio-elettrolita a base zirconia stabilizzata ittria o scandia e GDC per l'utilizzo con biogas. Studio di processi di produzione di celle SOFC tubolari mediante estrusione. Studio e ottimizzazione di processi alternativi di deposizione elettrolitica, in particolare wet air spray ed elettroforetica. Ottimizzazione di processi di produzione di celle complete catodo supportate a larga area. Studio e ottimizzazione di processi di produzione di celle SOFC operanti a bassa temperatura a supporto metallico. Studio e ottimizzazione dei processi di produzione di sistemi di accumulo elettrochimico con particolare riferimento a alla produzione di batterie a conduzione di Na+, completamente costituite da materiali ceramici. Studio ed ottimizzazione dei materiali ceramici più idonei alla funzione di elettrodi per batterie solide a ioni sodio. Studio di batterie trasparenti per applicazione in finestre \"intelligenti\". Studio e ottimizzazione di processi ceramici net-shape (gel casting, stampante 3D) per la produzione di manufatti di forma complessa per applicazioni energetiche e automotive. Studio e ottimizzazione di innovative membrane ceramiche a conduzione anionica, protonica e CO2 per la separazione di gas e di sistemi ceramici adatti alla carbon sequestration. Studio e ottimizzazione di materiali innovativi come fotoanodi e controelettrodi per celle DSSC e realizzazione di prototipi di moduli. Studio di processi alternativi (ink jet printing) per la produzione di DSSC. Studio e ottimizzazione di celle DSSC flessibili su polimeri naturali. Nell'ambito della caratterizzazione meccanica e tribologica le attività verranno volte, oltre alla verifica della stabilità meccanica dei dispositivi sopracitati a: 1) studio dell'effetto della presenza di vacanze ossigeno sulle proprietà tribologiche di allumina e di un composito allumina-zirconia. Attraverso il metodo pin-on-disc sarà misurato il coefficiente d'attrito e la resistenza all'usura dei vari materiali prodotti. 2) Realizzazione di materiali con basso coefficiente di attrito ed elevate resistenza all'usura per di impianti industriali più efficienti e ridotto consumo energetico. 3) Studio dell'effetto di tensioni residue sulla resistenza all'erosione e degrado della resistenza alla frattura di allumina bulk e multilaminati per applicazione come rivestimenti di pallette di turbine. (literal)
Risultati attesi
  • SOFC a elettrolita anionico ad alta area utilizzabili con gas provenienti da processi di digestione (biogas) con doppio elettrolita. Prototipi di elettrolizzatori e SOFC catodo supportanti. Prototipi di celle solari fotovoltaiche DSSC su supporti flessibili. Strati serigrafici attivi nella fotocatalisi e nel water splitting di materiali innovativi. Elettroliti solidi per accumulatori zebra di alta area con migliorate prestazioni. Prototipi di batterie a ioni sodio completamente ceramiche. Prototipi di membrane adatte alla separazione di ossigeno per processi di ossicombustione e di sistemi ceramici adatti alla separazione di idrogeno e alla CCS. Prototipi di dispositivi per applicazioni termoelettriche/termocromiche. Avanzamento delle conoscenze per quanto attiene all'effetto della presenza di difetti reticolari (nella fattispecie, vacanze ossigeno) alla superficie di ossidi ceramici sul loro comportamento tribologico. Dati sulla resistenza all'erosione ed al degrado della resistenza a frattura dopo trattamento, di allumina e strutture multistrato contenenti stress residui di compressione alla superficie. Presentazione dei principali risultati a congressi inerenti alle tematiche affrontate e pubblicazioni di articoli su riviste di settore. (literal)
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