ICSI Energy desfășoară activități de cercetare-dezvoltare în cadrul a 6 grupuri principale.
Pila de combustibil reprezintă „nucleul” unei întregi „revoluții” în gândirea noilor sisteme energetice. Pentru a înlocui tehnologiile existente pe piața energetică, generatoarele bazate pe pile de combustibil trebuie să pună accentul pe avantajele acestei noi și revoluționare tehnologii, și anume: eficiență crescută și emisii scăzute în condiții de costuri și durabilități similare.
Tehnologiile și sistemele bazate pe pile de combustibil tip PEM s-au dovedit în ultimele decenii a fi surse viabile de conversie a energiei pentru diverse aplicații: staționare și mobile (transport, portabile).
Activitățile de cercetare sunt axate pe
- optimizare constructivă și parametrică realizată prin simulări numerice pentru stabilirea arhitecturilor optime: canalizații pentru curgerea fluidelor, dimensiuni și proprietăți ale straturilor componente, analiza fenomenelor electrochimice, analize parametrice pentru maximizarea performanței,
- realizare de proiecte pentru pile și ansambluri de pile de combustibil tip PEM
- realizare componente: plăci bipolare din grafit compozit, plăci bipolare de tip hibrid (grafit/ metal/ materiale compozite), plăci colectoare, ansambluri MEA, straturi microporoase de difuzie și catalizatori,
- integrare componente în configurații optimizate din punct de vedere gravimetric, volumetric și al puterii debitate
- dezvoltare de adezivi graftici și garnituri pentru asamblare și etanșare componente pile de combustibil și ansambluri,
- testare electrică/electrochimică a pilelor și ansamblurilor de pile de combustibil tip PEM realizate
- integrarea ansamblurilor de pile în aplicații/sisteme demonstrativ-educative (25cm2-25W), portabile (44cm2-250W)), staționare/back-up off grid (92cm2-1kW), staționare CHP (170cm2-2kW).
Infrastructură de cercetare
- stație de testare a pilelor de combustibil Arbin, complet automată, pentru pile cu o putere mai mică de 25 kW,
- linie completă de dezvoltare pentru pile de combustibil de tip PEM (sistem de producere straturi de difuzie prin electrofilare, sistem controlat de computer pentru prelucrarea grafitului în vederea producerii plăcilor bipolare, sistem de acoperire ultrasonic SONOTEK pentru depunerea catalizatorilor pe un substrat de carbon, sistem dezvoltat intern pentru asamblarea pilelor de combustibil tip PEM și un stand de testare a pilelor de combustibil personalizat)
- pachete software (ANSYS Multiphysics, COMSOL Multiphysics) pentru modelarea proceselor de dinamica fluidelor, transfer de masă și căldură, pentru diferite aplicați din fizică și inginerie
- Freză cu comandă numerică IMES-ICORE, model Premium 4030µ
- Centru de prelucrare vertical în 5 axe
- Imprimantă 3D Objet Connex 260
- Scanner Creaform HandySCAN 3D
- Echipament de gravură și tăiere laser, PLS6MW Multi-Wavelength Laser Platform
Persoane de contact:
- Carcadea Elena – elena.carcadea@icsi.ro
- Pătularu Laurențiu – laurentiu.patularu@icsi.ro
- Schitea Dorin – dorin.schitea@icsi.ro
- Jianu Cătălin – catalin.jianu@icsi.ro
- Răceanu Mircea – mircea.raceanu@icsi.ro
- Chitu Alin – alin.chitu@icsi.ro
Pilele de combustibil, considerate în unanimitate nucleul revoluției energetice bazate pe hidrogen, reprezintă elemente-cheie pentru construirea unei economii energetice curată, competitivă, sigură și durabilă. O parte esențială a ansamblurilor de pile de combustibil PEM o reprezintă dezvoltarea de materiale care să conducă la îmbunătățirea performanței, creșterea durabilității și reducerea costurilor.
Activitățile de cercetare sunt axate pe:
- sinteza de catalizatori metalici/nemetalici prin procedee/metode fizico – chimice,
- caracterizarea morfologică și structurală a materialelor sintetizate,
- evaluarea performanțelor electrocatalitice
- realizarea de noi electrozi neconvenționali pe bază de materiale grafenice nefunctionalizate, dar și funcționalizate/dopate cu nanoparticule metalice sau halogeni,
- obținerea de noi structuri de ansambluri membrană-electrod (MEA) bazate pe nanomateriale carbonice cu un conținut scăzut de Pt,
- obținerea de nanofibre de carbon prin sinteză catalitică, utilizând un sistem computerizat de electrofilare,
- includerea de nanostructuri grafenice în procesul de fabricație al straturilor de difuzie (GDL) pentru mărirea suprafetei active și a porozității.
- elaborarea de modele matematice și numerice pentru investigarea influenței proprietăților specifice aferente materialelor dezvoltate asupra performanțelor pilelor de combustibil PEM
- testarea electrică/electrochimică a materialelor dezvoltate în ansambluri de pile de combustibil.
Infrastructură de cercetare:
- Echipament de acoperire prin pulverizare
- Analizor de sorbție automată
- Reactor MICROACTIVITY-Reference
- Echipament de electrofilare
Persoane de contact
- Marinoiu Adriana – adriana.marinoiu@icsi.ro
- Răceanu Mircea – mircea.raceanu@icsi.ro
Stocarea energiei utilizând hidrogenul propune implementarea de tehnologii suport în vederea asigurării tranziției energetice și integrarea energiei din surse regenerabile. O structură energetică “curată” nu poate fi concepută în momentul de față fără a implica hidrogenul și, implicit, o tehnologie “verde” de producere a sa, precum electroliza. Se urmărește creșterea acceptabilității hidrogenului astfel încât să fie considerat un combustibil atât pentru a fi alimentat în rețelele de distribuție a gazului cât și în automobilele hibride.
Activitățile de cercetare sunt axate pe:
- sinteza de materiale catalitice pe bază de hidruri metalice de tipul LaNi5 aliate cu diferite elemente co-catalizatoare (Ni, Ti, Ce, Co, Al, Sn etc.) și catalizatori de tipul Raney Ni, utilizând metode mecanice de sinteză și de pulverizare DC/RF în plasmă
- sinteză de oxizi ternari multimetalici (Ir, Ru, Co, Ni, Ta, Sn) cu activitate ridicată față de reacția de evoluție a oxigenului (OER), utilizând metodele de sinteză mecanică, combustie și depunere electrochimică,
- dezvoltare de catalizatori, membrane si ansambluri membrană-electrod pentru electrolizoare PEM și alcaline
- caracterizare structurală, morfologică și compozițională a catalizatorilor și membranelor dezvoltate
- caracterizare electrochimică catalizatori, determinare suprafață catalitică activă ansambluri MEA prin metode electrochimice specifice
- modelare matematică pentru optimizarea curgerii fluidelor prin mediile poroase ale electrolizoarelor PEM
- proiectare și realizare de plăci bipolare și colectoare de curent
- dezvoltare de electrolizoare PEM și alcaline,
- dezvoltare de sisteme de echilibrare generare-consum în rețelele electrice,
- elaborare de cercetări exploratorii pentru tehnologia de stocare a energiei pe baza hidrogenului
- dezvoltare de sisteme autonome bazate pe hidrogen și energii regenerabile pentru furnizare de utilităti pentru comunități izolate.
Infrastructură de cercetare:
- Potentiostat/galvanostat multicanal ORIGALYS ELECTROCHEM SAS
- Echipament producere apa ultrapura pentru electrolizor
- Electrolizor PEM HOGEN HP40
- Presa hidraulica manuala Carver 4386CE.4010000
- Spectrofotomeru Perkin Elmer Frontier FT-NIR
- Sistem de depunere CVD “EasyTube®3000Ext Graphene & Carbon Nanotube Grown System
- AFM- Raman
Persoane de contact
- Ion-Ebrașu Daniela – daniela.ebrasu@icsi.ro
- Enache Stanică – stanica.enache@icsi.ro
Dezvoltarea de soluții pentru mobilitatea hibridă propune derularea de cercetări experimental-demonstrative care să conducă la modele funcționale și să confirme gradul de pregătire tehnică și comercială a vehiculelor bazate pe hidrogen dar și hibride, dar si dezvoltarea de cercetări care să conducă la realizarea unor stații de alimentare cu hidrogen și/sau energie electrică.
Activitățile de cercetare vizează:
- dezvoltarea de sisteme automotive hibride bazate pe hidrogen și de propulsoare hibride cu performanțe îmbunătățite în ceea ce privește managementul puterii și prelungirea autonomiei de funcționare,
- optimizarea unui vehicul electric hibrid prin elaborarea de algoritmi și metode de control
- cercetări experimentale privind realizarea unui sistem de încărcare cu hidrogen regenerabil pentru aplicații mobile și staționare.
- dobândirea de expertiză în ceea ce privește producerea și utilizarea hidrogenului: autorizări, legislație, norme în vederea asigurării suportului pentru implementarea directivelor/legislației europene în România.
Infrastructură de cercetare:
- Platforma Software Scan – Vxlements
- Platforma CAD CAM – Siemens NX12.0
- Sistem de simulare în timp real Hardware-in-the-Loop (HIL), soft RT LAB, 4 cores, 1 FPGA, OPAL-RT
- Electrolizor cu membrane polimerice tip Hogen HP40;
- Compresor cu membrană NovaSwiss 0218-1, de 350 bari.
- Dinamometru programabil tip Hystersis Dynamometer Model HD815‐5NA‐0200 (poate măsura un cuplu de până la 28 Nm, o viteză de până la 12 000 rpm, și o putere max. de 7000 W) este utilizat pentru simularea regimurilor de deplasare ale vehiculului și testarea funcționării întregului ansamblu FCEV;
- Multimetru programabil HP 3458 A;
- Osciloscop programabil Tektronix TDS 320;
- Platformă hardware și software, tehnologie completă cRIO de la NI.
- Sarcină electronică programabilă de curent continuu Chroma 2x24kW , 600V-1680A;
- Sursă de alimentare EA-PSI 240V-170A, 15KW ;
- Sarcină electronică Chroma 48kW/600V/1380A;
- Arie de panouri fotovoltaice cu o putere maximă generată de 10kW și modul de cuplare grid.
Persoane de contact
- Culcer Mihai – mihai.culcer@icsi.ro
- Răceanu Mircea – mircea@icsi.ro
- Enache Adrian – adrian.enache@icsi.ro
- Iordache Ioan – ioan.iordache@icsi.ro
- Iliescu Mariana – mariana.iliescu@icsi.ro
- Pătularu Laurențiu – laurentiu.patularu@icsi.ro
Stocarea energiei utilizând bateriile Litiu-Ion propune găsirea de noi variante optimizate de baterii Litiu-Ion, dezvoltarea de noi materiale și arhitecturi pentru electrozi, astfel încât să se atingă performanțele necesare și pragul economic care le face viabile pentru aplicații diverse (mobile, portabile și staționare).
Activitățile de cercetare vizează:
- Investigarea influenței morfologiei, conductivității electronice și ionice a materialelor utilizate în obținerea electrozilor asupra proprietăților de difuzie a ionilor de Li+ în cazul celulelor Li-ion
- tehnologie de baterii Li-ion LMO, LFP (de tip coin, pouch și cilindric -18650)
- dezvoltarea de celule pouch cu proprietăți/performanțe îmbunătățite în ceea ce privește capacitatea energetică, stabilitatea termică și costul pentru diferite aplicații, bazate pe chimie convențională Li-ion cu electrozi hibrizi NMC și LFP
- dezvoltarea de noi tehnologii de baterii pe bază de sodiu, sulf şi magneziu, în conjuncţie cu folosirea de noi nanomateriale ca suport de transfer electronic cu suprafaţă specifică mare
- tranziția către următoarea generație de baterii de tip Mg-S; designul și implementarea unei noi tehnologii de realizare și testare a bateriilor Mg-S de tip pouch
- variante optimizate de electrozi (anozi) pe bază de LTO ca înlocuitor al grafitului în aplicații de mare putere
- analiza ciclului de viață (LCA) – evaluarea impactului asupra mediului asociat bateriilor de tip Li-ion
- studiul comportamentul bateriilor în diferite condiții; încărcări/descărcări la diferiți curenți, temperaturi diferite; măsurători de impedanță asupra bateriei; măsurătorile au ca scop o caracterizare a bateriei cât mai apropiată de realitate, de condițiile la care aceasta va opera
Infrastructură de cercetare:
- Software analiza de ciclu de viață (Life Cycle Assessment – LCA) Umberto NXT LCA
- Solartron CellTest System (1470E)
- Evaluator B30/FuelCon Test station for battery cells
- MTI BST8-10A30V
- Linie de baterii 1: Cuptor tubular rotativ cu trei zone de încălzire; Moară cu bile; Omogenizator rotativ; Procesor ultrasonic; Unitate de amestecare manuală cu masă vibrație și pompă de vid; Sistem de tăiere semi-automat pentru electrozi de tip pouch; Sistem desktop de sudură ultrasonică; Cameră difuzie electrolit; Sistem profilare carcase pentru celulele de tip pouch
- Linie de baterii 2: Unitate mixare componente active cu manta de răcire și vacuum; Sistem depunere compact pentru electrozi; Sistem de profilare electrozi de tip cilindric 18650; Mașină de sudat în puncte; Mașina de gâtuire pentru celule cilindrice de tip 18650; Presă; Sistem sigilare celule de tip pouch; Sistem sigilare celule cilindrice de tip 18650; Echipament semi-automat de umplere cu electrolit; Sistem automat de taiere și profilare a electrozilor pentru celule Li-ion de tip pouch de diferite dimensiuni; Sistem semi-automat de profilare a carcaselor pentru celulele Li-ion de tip pouch; Sistem semi-automat asamblare electrozi/separator pentru celulele Li-ion de tip cilindric 18650
Persoane de contact
- Buga Mihaela Ramona mihaela.buga@icsi.ro
- Adnana Spinu-Zaulet adnana.zaulet@icsi.ro
- Cosmin Ungureanu cosmin.ungureanu@icsi.ro
În conjuncție cu o stație de lichefiere a heliului cu o capacitate de 40L/ora (Linde), laboratorul de temperaturi scăzute dezvoltă tehnologii și componente criogenice compatibile cu direcțiile de cercetare-dezvoltare din domeniul fizicii stării condensate, cât și diverse metode invovative de transfer și de stocare a energiei la temperaturi scăzute bazate pe materiale supraconductoare cu temperatura critică ridicată.
Activitățile specifice de cercetare-dezvoltare sunt:
- stocarea energiei electrice în bobine supraconductoare (NbTi, MgB2, YBCO, etc);
- conversia și stocarea energiei electrice prin lichefierea gazelor (He, N2);
- transmiterea energiei electrice prin inducție în regim criogenic;
- dezvoltarea și caracterizarea proprietăților fizice fundamentale a unor noi clase de materiale cu potențial ridicat de stocare și conversie reversibilă a energiei în regim criogenic.
Infrastructură de cercetare:
- Rigaku Mini Flex 600
- Novocontrol Broadband Dielectric / Impedance Spectrometer
- Retsch PM 100
- Retsch PM 200
- Carbolite Gero High Temperature Furnace
- Nabertherm Chamber Furnace
Persoane de contact
- Curuia Marian marian.curuia@icsi.ro
- Enache Stănică stanica.enache@icsi.ro