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

PN 23 15 01 06

 

Nanostructuri 2D pentru producerea energiei și stocarea hidrogenului – NanoHy
Responsabil proiect – dr. fiz. Tiliakos Athanasios

Obiective

Obiective principale:

  1. să investigheze și să demonstreze versatilitatea și eficiența arhitecturilor complexe în domeniul generării și stocării energiei;
  2. să dezvolte filamente hibride pentru fabricarea aditivă prin infuzarea materialelor polimerice utilizate în mod obișnuit în imprimarea 3D FDM cu materiale grafenice sintetizate prin metode rapide și ieftine cu microunde și laser;
  3. să dezvolte filamente hibride pentru fabricarea aditivă prin infuzarea materialelor polimerice cu materiale grafenice sintetizate prin metodele menționate anterior, care încorporează, de asemenea, metale nobile legate covalent ca materiale catalitice, precum și materiale co-catalitice cu un cost mai mic, având astfel o stabilitate mecanică mai mare decât nanoparticulele decorate;
  4. să aplice carbonizarea și grafitizarea termică și fototermică a structurilor complexe, tipărite 3D cu ajutorul unor astfel de filamente hibride, pentru a produce electrozi cu porozitate și/sau activitate catalitică adaptate pentru aplicații de energie și stocare a hidrogenului;
  5. să introducă materialele revoluționare MXene (carburi metalice 2D) și să facă demonstrații de metode de utilizare a acestor materiale în fabricație aditivă prin utilizarea tehnologiei de imprimare 3D;
  6. să funcționalizeze materialele MXene prin legarea covalentă a catalizatorilor din metale nobile pentru a dezvolta suporturi catalitice pe bază de MXene pentru energia hidrogenului;
  7. să fabrice electrozi MXene pe baza unor modele complexe prin fabricație aditivă și să utilizeze astfel de electrozi în aplicații pentru energia și stocarea hidrogenului;
  8. să demonstreze în laborator și, de asemenea, în condiții reale de funcționare în medii relevante toate dispozitivele construite cu ajutorul materialelor și metodelor menționate anterior.

Scop

Proiectul NanoHy utilizează tehnologii avansate de fabricație aditivă pentru a realiza electrozi personalizați pentru producerea de energie pe bază de hidrogen în pilele de combustibil PEM și pentru materiale de absorbție pentru stocarea hidrogenului. Pentru a atinge aceste obiective, proiectul aplică diferite strategii pentru a controla porozitatea la toate scările relevante: i) la scară macro, prin fabricarea de electrozi monolitici în conformitate cu arhitecturile noastre brevetate, care propun modele geometrice care să maximizeze suprafețele active ale acestora; și ii) la scară micro, prin introducerea de nanostructuri 2D cu proprietăți specifice ca aditivi în filamente hibride și geluri care sunt utilizate în fabricarea aditivă (imprimare 3D). Astfel de nanostructuri includ materiale din grafenă produse prin metodele noastre patentate cu microunde și laser și o nouă clasă de materiale 2D numite MXene: carburi de metale de tranziție cu proprietăți chimice și fizice adaptate. Proiectul vizează construirea, testarea, optimizarea și demonstrarea dispozitivelor de producere a energiei hidrogenului și a materialelor de stocare a hidrogenului bazate pe aceste concepte.

Faze

ANUL 2023

FAZA 1 – Proiectarea unor arhitecturi complexe care să maximizeze suprafața interfacială pe unitatea de volum

Termen de predare: 15.04.2023

Obiective etapa:

  1. proiectarea CAD/CAM și optimizarea arhitecturilor brevetate;
  2. explorarea unor modele alternative bazate pe algoritmi fractali complementari;
  3. exportul de fișiere în format de teselare (STL) și optimizarea prin intermediul unui software „slicing”;
  4. calibrarea echipamentelor și testarea modelelor de joasă rezoluție pe imprimantele 3D FDM;
  5. pregătire certificat privind fabricarea aditivă și metodele avansate de proiectare.

 

FAZA 2 – Fabricarea aditivă a scheletelor complexe pe bază de fractale

Termen de predare: 15.08.2023

Obiective etapa:

  1. imprimarea 3D FDM a prototipurilor de electrozi utilizând filamente conductoare comerciale;
  2. electrodepunerea stratului activ pe suprafețele interfaciale ale electrozilor;
  3. caracterizarea electrochimică și materială a electrozilor și a straturilor active tipărite.

 

FAZA 3 – Asamblarea, integrarea, caracterizarea și demonstrarea ca dispozitive pilot de stocare a energiei

Termen de predare: 31.12.2023

Obiective etapa:

  1. aplicarea de electroliți anorganici (apoși) sau organici (policarbonat) în stare solidă (gel);
  2. integrarea unor componente secundare (colectoare de curent, carcase de protecție);
  3. caracterizarea electrochimică in operando pentru profilarea performanței energetice;
  4. demonstrarea performanțelor dispozitivului în configurații mulți-dispozitive în serie și în paralel.

ANUL 2024

FAZA 4 – Materiale grafenice sintetizate prin microunde ca aditivi în filamente polimerice

Termen de predare: 15.04.2024

Obiective etapa:

  1. sinteza grafenului (RGO) și a oxidului de grafenă (GO) dopat cu metal prin metode cu microunde;
  2. infuzia materialelor grafenice obținute în topiturile de PLA/TPU și extrudarea filamentelor hibride;
  3. imprimarea 3D FDM a probelor de testare folosind filamente hibride cu grafitizare in situ și ex situ;
  4. caracterizarea materială și reologică a filamentelor hibride obținute.

 

FAZA 5 – Arhitecturi complexe pentru energia hidrogenului prin fabricație aditivă cu ajutorul materialelor hibride

Termen de predare: 15.10.2024

Obiective etapa:

  1. imprimarea 3D prin metode FDM și materiale hibride de electrozi pe baza arhitecturilor fractale;
  2. integrarea de componente secundare pentru pregătirea MEA;
  3. caracterizarea electrochimică in operando pentru profilarea performanței energetice;
  4. demonstrarea performanțelor dispozitivului în condiții de laborator.

 

FAZA 6 – Arhitecturi complexe pentru stocarea hidrogenului prin fabricație aditivă cu ajutorul materialelor hibride

Termen de predare: 31.12.2024

Obiective etapa:

  1. imprimarea 3D prin metode FDM și materiale hibride de electrozi pe baza arhitecturilor fractale;
  2. caracterizarea in situ a durabilității mecanice a materialelor în condiții de presiune crescută pentru stocarea hidrogenului;
  3. caracterizarea in situ a materialelor în ceea ce privește capacitățile de fizisorbție pentru stocarea hidrogenului;
  4. demonstrarea performanțelor dispozitivului în condiții de laborator.

ANUL 2025

FAZA 7 – Metode de fabricație aditivă care utilizează materiale MXene pentru energia și stocarea hidrogenului

Termen de predare: 15.04.2025

Obiective etapa:

  1. sinteza și doparea covalentă a materialelor MXene pentru funcționalizarea cu platină/paladiu;
  2. prepararea de hidrogeluri pe bază de MXene utilizând PEDOT:PSS ca matrice polimerice;
  3. tipărirea 3D prin Robocasting a hidrogelurilor MXene ca șabloane de stocare a hidrogenului;
  4. caracterizarea materialelor MXene tipărite ca șabloane de stocare a hidrogenului;
  5. imprimarea 3D prin Robocasting a hidrogelurilor MXene ca electrozi pentru pilele de combustibil;
  6. caracterizarea electrochimică (ORR/HOR) a electrozilor MXene tipăriți.

 

FAZA 8 – Arhitecturi complexe pentru energia hidrogenului prin fabricație aditivă folosind materiale MXene

Termen de predare: 15.10.2025

Obiective etapa:

  1. imprimarea 3D prin metode Robocasting a electrozilor MXene pe bază de arhitecturi fractale;
  2. aplicarea a straturilor de electrolit NAFION cu ajutorul tehnicii Robocasting;
  3. integrarea de componente secundare pentru integrarea MEA;
  4. caracterizarea electrochimică in operando pentru profilarea performanței energetice;
  5. demonstrarea performanțelor dispozitivului în condiții de laborator.

 

FAZA 9 – Arhitecturi complexe pentru stocarea hidrogenului prin fabricație aditivă folosind materiale MXene

Termen de predare: 31.12.2025

Obiective etapa:

  1. imprimarea 3D prin metode Robocasting a electrozilor MXene pe bază de arhitecturi fractale;
  2. extinderea șabloanelor de stocare a hidrogenului prin formarea de rețele de unități fractale cu grad ridicat de complexitate;
  3. caracterizarea materialului in operando a capacităților de fizisorbție pentru stocarea hidrogenului;
  4. demonstrarea performanțelor dispozitivului în condiții de laborator.

ANUL 2026

FAZA 10 – Demonstrarea și extinderea sistemelor MXene și a sistemelor hibride pentru producerea de energie pe bază de hidrogen

Termen de predare: 15.08.2026

Obiective etapa:

  1. in operando testele de durabilitate pentru profilarea performanțelor energetice;
  2. demonstrarea performanțelor dispozitivului în condiții reale de funcționare in medii relevante;
  3. demonstrarea performanțelor dispozitivului în configurații de asamblare cu mai multe pile.

FAZA 11 – Demonstrarea și extinderea sistemelor MXene și a sistemelor hibride pentru stocarea hidrogenului

Termen de predare: 31.12.2026

Obiective etapa:

  1. in operando testele de durabilitate pentru profilarea performanțelor de stocare a hidrogenului;
  2. demonstrarea performanțelor dispozitivului în condiții reale de funcționare in medii relevante;
  3. demonstrarea performanțelor dispozitivului în configurații de asamblare cu mai multe pile.

© 2023 I.C.S.I. Rm. Vâlcea 

 

 

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.

Schimba setari