PN 19 11 02 01

Obiective

Obiectivul general al proiectului are in vedere fabricarea ansamblului membrana electrod (MEA) cu performante imbunatatite si durabilitate crescuta in domeniul PEMFC, avand ca tinte propuse:

1. fabricarea stratului de difuzie a gazelor utilizand nanofibre carbonice filate si grafitizate, ca solutie la variantele comerciale actuale de GDL;
2. utilizarea de sisteme catalitice inovative pe baza de catalizatori metalici – grafene functionalizate, cu proprietati electrocatalitice superioare, ca solutie pentru dezvoltarea de electrozi ORR cu stabilitate electrochimica superioara.

Directiile de cercetare ale proiectului sunt:

1. Producerea unui strat de difuzie cu proprietati electrice si mecanice superioare
2. Obtinerea catalizatorilor ORR cu incarcare minima de Pt, prin adaugarea unui co-catalizator tip grafena functionalizata
3. Dezvoltarea ansamblului membrana electrod (MEA) cu performante imbunatatite si durabilitate crescuta in PEMFC

Responsabil proiect: Dr. Chim. Marinoiu Adriana

Scop

Scopul proiectului este de a dezvolta noi tipuri de electrozi nanostructurati pe baza de materiale grafenice functionalizate pentru aplicare ca electrocatalizatori in domeniul pilelor de combustibil tip PEMFC si a fundamenta o tehnologie inovativa de obtinere a stratului de difuzie GDL din fibre carbonice.

Noutatile ştiinţifice ale proiectului rezidǎ din:

1. structurile chimice propuse, obtinute prin funcţionalizarea covalentǎ a materialelor grafenice cu derivaţi azulenici, în scopul obţinerii unor sisteme care să prezinte atât proprietăţile intrinseci ale materialelor de start cât şi un sinergism al acestora, pentru aplicaţii in electrozi ORR;
2. stratul de difuzie – material carbonic poros fabricat prin electrofilare si carbonizare-grafitizare .

Faze

ANUL 2019

FAZA 1 – Fundamentare tehnologie de filare prin procedeu electrospinning pentru fabricarea straturilor de difuzie a gazelor

Termen de predare: 14.05.2019

Obiective etapa:

• 1. Elaborare proceduri de fabricare a nanofibrelor de carbon prin electrofilare
  2. Tehnologie de filare cu optimizare parametri de lucru (raport masic, temperatura, densitate, concentratie precursor polimeric)
  3. Descompunere termica cu optimizarea conditiilor de carbonizare
  4. Grafitizare si tratament hidrofob

FAZA 2 – Sistem integrat de obtinere nanofibre prin electrofilare pentru producere GDL cu caracteristici superioare – investigare prin modelari matematice si caracterizari morfo-structurale. Testare performante functionale

Termen de predare: 15.09.2019

Obiective etapa:

• 1. Caracterizare morfologica si structurala a stratului carbon obtinut
  2. Model matematic pt permeatie aer
  3. Studiu experimental permeatie aer

FAZA 3 – Modificarea suprafetei GDL prin utilizarea a diverse forme alotrope ale carbonului cu rol de strat microporos

Termen de predare: 10.12.2019

Obiective etapa:

• 1. Realizare strat microporos
  2. Caracterizare morfologica si structurala a suprafatei GDL obtinut
  3. Optimizarea gradului de hidrofilicitate/hidrofobicitate

ANUL 2020

FAZA 4 – Identificarea si analizarea factorilor de degradare a componentelor ansamblului MEA

Termen de predare: 15.04.2020

Obiective etapa:

• 1. Investigare teoretica si experimentala a fenomenului de degradare
  2. Elaborarea unui model matematic si numeric pentru investigarea fenomenelor de degradare ce afecteaza MEA

FAZA 5 – Inserare nanostructuri grafenice decorate cu aur in straturile de difuzie

Termen de predare: 14.08.2020

Obiective etapa:

• 1. Procedura de lucru pentru inserarea sistemelor catalitice pe baza de nanostructuri grafenice decorate cu aur in GDL
  2. Caracterizare fizico-chimica a electrozilor GDE preparati

FAZA 6 – Dezvoltare si realizare electrozi inovativi cu activitate catalitica imbunatatita si stabilitate electrochimica, pe baza de materiale grafenice functionalizate cu derivati azulenici

Termen de predare: 10.12.2020

Obiective etapa:

• 1. Preparare si caracterizare morfo-structurala a materialelor grafenice functionalizate cu azulena prin cicloaditie 1,3 dipolara
  2. Realizare electrozi pe baza de materiale grafenice functionalizate cu derivati azulenici

ANUL 2021

FAZA 7 – Testare electrochimica ex-situ a materialelor grafenice functionalizate cu derivati azulenici.

Termen de predare: 15.04.2021

Obiective etapa:

• 1. Testare electrochimica ex-situ a electrozilor GO/rGO functionat cu amino-azulena
  2. Evaluare privind stabilitatea noilor electrozi

FAZA 8 – Testare functionalitate PEMFC cu electrozi inovativi pe baza de materiale grafenice functionalizate cu derivati azulenici in regim stationar

Termen de predare: 15.09.2021

Obiective etapa:

• 1. Elaborare solutie tehnologica de integrare a materialelor grafenice functionalizate cu derivati azulenici in ansamblul MEA
  2. Teste preliminarii ale functionalitatii MEA ce integreaza noile tipuri de electrozi pe baza de materiale grafenice functionalizate cu derivati azulenici

FAZA 9 – Testare functionalitate PEMFC cu ansambluri MEA inovative – Investigatii privind durabilitatea in regim stationar

Termen de predare: 10.12.2021

Obiective etapa:

• 1. Optimizare tehnologie de asamblare MEA 7 straturi. Concept inovativ ICSI.
  2. Teste functionalitate in regim stationar
  3. Realizare configuratii variate. Performante functionale, curbe de pozarizare

ANUL 2022

FAZA 10 – Testare functionalitate PEMFC cu ansambluri MEA inovative in regim start-stop pentru evaluarea efectului coroziunii carbonului

Termen de predare: 15.07.2022

Obiective etapa:

• 1. Evaluare stabilitate MEA in regim start/stop
  2. Caracterizare morfologica si structurala a electrozilor uzati

FAZA 11 – Testare functionalitate PEMFC cu ansambluri MEA inovative in regim de degradare accelerata la profile de sarcina variabila

Termen de predare: 15.09.2022

Obiective etapa:

• 1. Teste de degradare accelerata (ADT)
  2. Analiza la profile de sarcina in cicluri de potential triunghiular
  3. Analiza la profile de sarcina in cicluri de potential dreptunghiular
  4. Propunere protocol testare ICSI pt ADT

FAZA 12 – Impactul mediului de exploatare asupra functionalitatii PEMFC in regim static si dinamic. Studiul comportarii ansamblului MEA in conditii extreme de temperaturi joase si vibratii la diferite frecvente

Termen de predare: 09.12.2022

Obiective etapa:

• 1. Corelatii intre mecanismele de degradare a componentelor MEA in urma testelor la temperaturi de inghet si scaderea performantelor
  2. Efectul vibratiilor mecanice asupra propagarii delaminării la interfata membrana/CL

© 2019 I.C.S.I. Rm. Vâlcea