Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice Ramnicu Valcea

fffffff

LASE-FC

Contract de finantare nr.: 460PED/2020

Proiect Nr.: PN-III-P2-2.1-PED-2019-1894

Perioada de implementare: 12.11.2020-11.11.2022


Electrozi pe baza de grafena fabricati exclusiv prin tehnici laser pentru pile de combustibil PEM produsi prin piroliza laser a unei matrice polimerice cu complecsi organometalici catalitici integrati  LASE-FC


Sumar

Proiectul LASE-FC reuneste expertiza complementara a Institutul National de R&D pentru Tehnologii Criogenice si Izotopice si a Institutului National pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei pentru a accelera eforturile de R&D ale Romaniei in economia hidrogenului, indentificata de Planul Strategic European privind Tehnologiile Energetice ca fiind o problema cheie in ceea ce priveste consumul si securitatea energetica, precum si reducerea emisiilor de gaze cu efect de sera.

Vizand pile de combustie cu membrana schimbatoare de protoni (PEM FCs), vectorul principal tehnologic al energiei bazate pe hidrogen prezinta o alternativa pentru productia energetica decentralizata si a transportului pe distante mari, proiectul are in vedere dezvoltarea, demonstrarea si validarea electrozilor complet integrati pentru PEM FCs, realizati in principal prin metode laser, ce incorporeaza materiale carbonice 2D si nanoparticule catalitice.

Prin aceasta abordare, proiectul isi propune sa reduca in mod semnificativ costurile de fabricare ale FC si sa le creasca durabilitatea, in acelasi timp obtinand putere de ultima generatie. Fabricarea electrozilor se va realiza prin piroliza laser a substraturilor polimerice pentru a produce grafena indusa de laser (LIG), o spuma cu structura poroasa bazata pe grafena cu proprietati fizice si chimice reglabile.

Avand in vedere faptul ca am demonstrat deja folosirea LIG ca strat de difuzie a gazului in PEM FCs, vom continua prin a introduce complexi organometalici in matricea polimerica precursoare, in vederea producerii LIG ce incorporeaza nanoparticule catalitice si co-catalitice. Electrodul bazat pe LIG va actiona ca un strat integrat in vederea eliminarii pierderii ohmice dintre straturi si pentru a incorpora stabilitatea mecanica demonstrata si beneficiile managementului apei. Electrozii noi vor fi transferati pe PEM conform unei proceduri deja stabilite de transfer decal si vor fi validati conform protocoalelor de testare standardizate.

Echipa

Coordonator (CO) : Institutul Național de Cercetare și Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și  Izotopice – ICSI Rm. Vâlcea; Departamet ICSI ENERGY

Director de proiect : PhD. Chem. Adriana MARINOIU, https://orcid.org/0000-0001-5745-8029

Partener : Institutul Național pentru Fizică Laser, Plasmă și Radiații (INFLPR)

Responsabil de proiect : Dr. Athanasios Tiliakos, https://orcid.org/0000-0002-1803-5565

 

Scopul și obiectivele proiectului

Proiectul LASE-FC reunește expertiza complementară a coordonatorului proiectului (CO), a Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice (ICSI, departamentul ICSI Energy) din Râmnicu Vâlcea și a Institutului Național pentru Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației (INFLPR, Departamentul Laser) ca partener (P1), pentru a răspunde urmatoarelor preocupări: dezvoltarea unui ansamblu MEA monolitic de sine stătător, realizat în primul rând prin metode de procesare cu laser și încorporând materiale carbonice revoluționare 2D și nanoparticule catalitice. Prin această abordare, proiectul își propune să reducă în mod semnificativ costurile de fabricație PEM FC și să mărească durabilitatea MEA, obținând în același timp performanțe de puteri electrice competitive si comparabile cu cele mai avansate din industria FC.

Scopul proiectului este de a demonstra și valida electrozi pe bază de grafena complet integrați pentru PEM FC, care încorporează atât straturi de difuzie a gazului, cât și straturi catalitice într-un singur ansamblu monolitic și sunt realizate în principal prin metode de procesare cu laser. Proiectul își propune să introducă și să demonstreze metode laser pentru eficientizarea fabricării componentelor FC. Acestea pot înlocui potențialele metode pirolitice și chimice consumatoare de timp și costisitoare, care domină în prezent fabricarea industrială a materialelor nanocarbonice pentru componentele FC, oferind un avantaj competitiv în economia hidrogenului.

Acest proiect vizeaza fabricarea straturilor de difuzie a gazelor (GDL) ale PEMFC cu scopul de a produce electrozi monolitici (intr-un singur strat) pe bază de grafena. Fabricarea electrozilor pe bază de grafena va fi realizată prin piroliza cu laser a precursorilor polimerici solizi, în special poliimidă (PI), poli 4-4 ‘oxidifenilen imidă (PMDA-ODA) folosind metode de gravare laser ieftine care funcționează în modul pulsat (durata impulsului 14 μs) la lungimea de undă IR de 10,6 μm. Metoda are ca rezultat producerea unei spume 3D pe bază de grafena extrem de poroasă și conductivă, cu proprietăți fizice și chimice controlabile, denumită grafena produsa cu laser (LIG).

Integrarea nanoparticulelor încorporate în LIG fie a catalizatorilor de platină, a catalizatorilor de metale non-platinici alternativi, a co-catalizatorilor nemetalici, fie a oricăror combinații viabile ale celor de mai sus, se va realiza pornind de la precursorul solid al PI: acid poliamic ( PAA), cunoscut și sub denumirea de poli (pirianelitic dianhidrid-co-4,4′-oxidianilină), într-o soluție de solvenți organici polari (de exemplu, N-metilpirolidonă sau dimetilformamidă); acest lucru va permite încorporarea complexelor organometalice (MC) în matricea polimerică, în special acetilacetonat de diverse metale tranziționale Fe, Ni, Co, Cu, Mo, Mn, V și Cr (toate folosite ca catalizatori sau co-catalizatori în reacții ORR / HOR).

Rezultate estimate

  • Electrozi LIG cu conținut diferit de catalizator metalic nobil (Pt, Pd) și non-nobil;
  • Electrozi LIG optimizați pentru aplicații catod sau anod (cataliza ORR sau HOR)
  • Prototipuri PEM FC complet integrate, compuse din electrozi pe bază de LIG (catodici și anodici)
  • Prototipuri de sisteme integrate PEM FC, diferențiate în funcție de catalizatorii utilizați (nobili vs non-nobili)
  • Demonstrarea si validarea sistemelor PEM-FC pentru o gamă largă de condiții de funcționare

Buget

Buget total: 600 000 RON

  • Etapa 1: Elaborarea protocoalelor si a cerintelor functionale si de performanta pentru un echipament laser dedicate

Total buget: 92.076

  • Etapa 2: Evaluarea metodelor de fabricare a electrozilor complet integrati pentru PEM FCs, realizati exclusiv prin metodelaser, ce incorporeaza materiale carbonice 2D si nanoparticule catalitice

Total buget: 296.350

  • Etapa 3: Testarea PEMFC: demonstrarea și validarea pilelor de combustibil cu electrozi inovativi

Total buget: 211.574

 

© 2020 I.C.S.I. Rm. Vâlcea Page created and updated by remhere

Prin accesarea site-ului nostru sunteți de acord cu utilizarea cookie-urilor, ceea ce ne permite să analizăm preferințele și să vă propunem servicii personalizate adaptate nevoilor dumneavoastră.