PN 23 15 01 03

Optimizarea și validarea unor sisteme catalitice nanostructurate și a tehnologiei de fabricare componente inovative pentru ansambluri membrană-electrod cu durabilitate crescută, cu aplicații în pilele de combustibil tip PEM – NewFC

Obiective

Obiectivul general al proiectului are în vedere dezvoltarea ansamblului membrană electrod (MEA) cu durabilitate crescută în domeniul PEMFC, având ca ținte propuse:

(i) fabricarea de electrozi inovativi, pe bază de catalizatori dispersați la nivel atomic, precum şi catalizatori tip materiale grafenice funcționalizate, cu proprietăți electrocatalitice superioare, ca soluție pentru dezvoltarea de electrozi ORR cu stabilitate electrochimică superioară;

(ii) fabricarea stratului de difuzie a gazelor, utilizând fibre carbonice decorate cu metale, ca soluție la variantele comerciale actuale de GDL;

(iii) model experimental MEA cu proprietăți electrocatalitice si durabilitate crescute.

Direcțiile de cercetare ale proiectului sunt:

1. Dezvoltarea catalizatorilor ORR cu încarcare minimă de Pt, prin utilizarea de sisteme catalitice depuse în strat atomic ori de materiale grafenice funcţionalizate cu nemetale.

2. Producerea de straturi de difuzie (GDL) cu proprietăţi electrice si mecanice superioare, din fibre carbonice neţesute, produse prin electrofilare şi carbonizare.

3. Dezvoltarea ansamblului MEA cu durabilitate crescută pentru PEMFC.

Scop

Scopul proiectului NewFC este fabricarea ansamblului membrană-electrod (MEA) cu durabilitate crescută în pilele de combustibil cu membrană schimbatoare de protoni (PEMFC).

Scopul proiectului este orientat spre:

1. conexarea proprietăţilor fizico-chimice și electronice ale materialelor grafenice funcționalizate cu problemele actuale din ansamblul membrană-electrod (MEA).

2. dezvoltarea de tehnologii inovative pentru obţinerea electrozilor ORR, pe bază de catalizatori dispersaţi la nivel atomic, domeniu care este foarte puţin tratat până în prezent.

3. dezvoltarea de tehnologii inovative pentru obţinerea fibrelor de carbon neţesute, decorate cu metale, prin electrofilare, carbonizare si grafitizare, pentru a produce straturi de difuzie a gazelor (GDL) cu proprietăţi imbunatăţite, domeniu care nu a fost tratat până în prezent.

Faze

ANUL 2023

Faza 1 – Dezvoltare și realizare electrozi inovativi cu activitate catalitică îmbunătățită și stabilitate electrochimică, pe bază de materiale grafenice funcționalizate cu azot

Termen de predare: 14.03.2023

Obiectiv: fabricarea de materiale funcţionalizate cu azot şi dezvoltarea de electrozi ORR

Activități:

1. Preparare şi caracterizare N/Grafenă în câmp de microunde, cu optimizarea condiţiilor de lucru

2. Realizare electrozi pe bază de materiale grafenice funcţionalizate azot

3. Evaluare stabilitate electrochimică electrozi grafenici

Faza 2 – Dezvoltare de membrane schimbătoare de protoni (PEM) pe bază de polimeri aromatici cu grupări sulfonice

Termen de predare: 10.08.2023

Obiectiv: fabricarea de membrane PEM şi evaluarea stabilităţii chimice

Activități:

1. Obţinere polimeri cu lanţuri aromatice şi grupări sulfonice, prin reacţii de substituţie/ sulfonare la nucleul aromatic al unor polimeri comerciali

2. Caracterizare structurală a polimerilor sulfonaţi prin analize FTIR, Raman, analiză elementală, SEM-EDX, analiză termică TGA-DSC

3. Obţinere de filme polimerice prin metoda formării din soluţie şi determinarea caracteristicilor specifice polimerilor purtători de sarcină ionică

4. Măsuratori de conductivitate protonică la diferite temperaturi, prin metoda spectroscopiei electrochimice de impedanţă (EIS)

Faza 3 – Tehnologii de fabricare straturi de difuzie a gazelor decorate cu metale sau nemetale prin electrofilare. Caracterizări morfo-structurale și testare performanțe funcționale

Termen de predare: 29.12.2023

Obiectiv: realizare straturi carbonice de difuzie a gazelor decorate cu metale

Activități:

1. Electrofilare și optimizare parametri de lucru (temperatură, concentraţie precursor polimeric)

2. Elaborare proceduri de fabricare nanofibre de carbon decorate cu metale

3. Descompunere termică şi optimizarea condiţiilor de carbonizare

4. Grafitizare şi tratament hidrofob

Anul 2024

Faza 4 – Sistem integrat de fabricare electrozi prin sprayere ultrasonică la scară comercială, utilizând sistemul de transport conveyor

Termen de predare: 15.05.2024

Obiectiv: realizare electrozi (anod, catod) prin depunere ultrasonică

Activități:

1. Identificarea soluţiilor tehnologice pentru fabricarea electrozilor folosind depunerea ultrasonică

2. Elaborare proceduri de fabricare electrozi prin sprayere ultrasonică

3. Caracterizare morfologică şi structurală a stratului de catalizator obţinut

Faza 5 – Catalizatori PGM si PGM-F depusi in straturi atomice pe diverse suporturi

Termen de predare: 15.07.2024

Obiectiv: realizare catalizatori din grupurile PGM şi PGM-F prin depunere în straturi atomice

Activități:

1. Identificarea de soluţii tehnologice de fabricare catalizatori PGM şi PGM-F dispersaţi atomic

2. Investigaţii privind interacțiunile dintre metalul ALD și substrat

3. Elaborare proceduri de fabricare catalizatori prin tehnica ALD

4. Caracterizare morfologică şi structurală a catalizatorilor PGM şi PGM-F obţinuţi

Faza 6 – Catalizatori M-N-C depusi in straturi atomice pentru reactia de reducere a oxigenului

Termen de predare: 15.12.2024

Obiectiv: realizare catalizatori M-N-C prin depunere în straturi atomice

Activități:

1. Identificarea soluţiilor tehnologice pentru fabricarea catalizatorilor M-N-C dispersaţi atomic

2. Investigaţii privind nucleaţia de suprafață – grupuri funcționale pe substrat

3. Elaborare proceduri de fabricare catalizatori M-N-C prin tehnica ALD

4. Caracterizare morfologică şi structurală a catalizatorilor obţinuţi

Anul 2025

Faza 7 – Producere ansambluri MEA cu electrozi pe materiale PGM nanostructurate

Termen de predare: 15.04.2025

Obiectiv: realizare ansambluri MEA cu catalizatori PGM

Activități:

1. Elaborare soluţie tehnologică de integrare materiale PGM nanostructurate în MEA

2. Realizare MEA folosind membrane comerciale şi membrane preparate (selectate din faza 2)

3. Caracterizare şi testare electrochimică ex-situ a MEA cu electrozi PGM

Faza 8 – Producere ansambluri MEA cu electrozi pe baza de materiale grafenice functionalizate cu azot si materiale catalitice M-N-C

Termen de predare: 15.09.2025

Obiectiv: realizare ansambluri MEA cu electrozi N/Gr si cu electrozi M-N-C

Activități:

1. Elaborare solutie tehnologică de integrare catalizatori N/Gr si M-N-C in MEA

2. Realizare MEA folosind membrane comerciale si membrane preparate (selectate din faza 2)

3. Caracterizare si testare electrochimică ex-situ a MEA cu electrozi N/Gr si M-N-C

Faza 9 – Investigatii privind durabilitatea in regim stationar a ansamblurilor MEA cu electrozi PGM. Validare functionalitate in PEMFC

Termen de predare: 15.12.2025

Obiectiv: integrarea ansamblurilor MEA cu electrozi PGM in pila de combustibil si testarea functionalitatii PEMFC in regim stationar

Activități:

1. Optimizare tehnologie de asamblare MEA 7 straturi-concept inovativ ICSI

2. Teste functionalitate in regim stationar

3. Realizare configuratii variate. Performante functionale ale PEMFC

Anul 2026

Faza 10 – Investigatii privind durabilitatea in regim stationar a ansamblurilor MEA cu catalizatori M-N-C si graphene functionalizate cu azot. Validare functionalitate in PEMFC

Termen de predare: 15.06.2026

Obiectiv: integrarea ansamblurilor MEA cu electrozi N/Gr si cu electrozi M-N-C in pila de combustibil si testarea functionalitătii PEMFC in regim stationar

Activități:

1. Optimizare tehnologie de asamblare MEA 7 straturi-concept inovativ ICSI

2. Teste functionalitate in regim stationar

3. Realizare configuratii variate. Performante functionale ale PEMFC

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

Termen de predare: 15.12.2026

Obiectiv: testarea PEMFC cu MEA cu electrozi N/Gr si cu electrozi M-N-C in regim

Activități:

1. Teste functionalitate PEMFC cu MEA inovative in regim de degradare accelerată (ADT)

2. Validare functionalitate PEMFC la profile de sarcină variabilă

© 2023 I.C.S.I. Rm. Vâlcea