PLATINOSINTETICOTM

La prima cella a combustibile PEM

con catalizzatori privi di platino

alimentata ad etanolo diretto

ICCOM-CNR

CHI SIAMOTechnofil, gruppo Filteco, di Cerro Maggiore (MI) è impegnata, dai primi mesi del 2002, congiuntamente ad ICCOM-CNR, allo sviluppo ed alla brevettazione di:

•catalizzatori per fuel cells e processi di reforming

•celle a combustibile a membrana polimerica solida, funzionanti a bassa temperatura.

Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetalliciIstituto di Chimica dei Composti OrganoMetalliciICCOM-CNRICCOM-CNR

• Sede centrale presso l’Area di Ricerca CNRSede centrale presso l’Area di Ricerca CNR

nel Polo Scientifico di Sesto Fiorentinonel Polo Scientifico di Sesto Fiorentino• Due sezioni presso le Università di Pisa e Bari Due sezioni presso le Università di Pisa e Bari • Più di 100 persone lavorano presso l’ICCOMPiù di 100 persone lavorano presso l’ICCOM [29 ricercatori CNR, 24 ricercatori associati da[29 ricercatori CNR, 24 ricercatori associati da varie Università, 8 tecnici, 5 amministrativi]varie Università, 8 tecnici, 5 amministrativi]

Ricerca di base ed applicata per uno sviluppo sostenibile

PLATINOSINTETICOTM

• Catalizzatori all’anodo ed al catodo, senza metalli preziosi, basati su nichel, cobalto e ferro, soli od in miscele binarie e ternarie

• Alimentazione ad alcol etilico diretto, con ossidazione completa dell’EtOH a CO2 e rendimento tra il 42 ed il 45%, a temperatura e pressione ambiente

ICCOM-CNR

PLATINOSINTETICOTM

Premio Legambiente & Regione Lombardia 2004

Perché elettro-catalizzatori senzaplatino, per fuel cells PEM

La diffusione delle PEFC e delle DAFC, e di ogni altra cella con catalizzatore al platino, è limitata dalla scarsa disponibilità di questo metallo, e quindi, dal suo alto costo.

Il platino ha una infinità di usi, e viene massivamente impiegato per la produzione di convertitori catalitici per l’auto.

Con una produzione di sole 165 tonnellate nel 2002, la domanda supera per il momento la produzione, ed è destinata ad aumentare in maniera esorbitante, con l’espansione dell’industria dell’idrogeno

PLATINOSINTETICOTM

Catalizzatori senza platino: Perché?

I catodi a base di platino sono sensibili all’alcol di “cross-over”, causa di importante polarizzazione.

Gli anodi a base di platino sono soggetti ad essere avvelenati dal CO o comunque a provocare gravi sovratensioni. Per questo motivo si usano spesso composti bimetallici (es. Pt-Ru)

Gli anodi a base di platino si passivano irreversibilmete nel processo di ossidazione di etanolo

PLATINOSINTETICOTM

Le principali caratteristiche

I catalizzatori a base di Fe, Co, e Ni sono molto meno sensibili del platino al monossido di carbonio .

I catodi, principalmente basati su Ni, non sono sensibili all’alcol di “cross-over”. Questo consente di impiegare miscele di acqua-alcol, a concentrazioni fino a 5 volte maggiori rispetto alle celle basate su Pt, estendendo l’autonomia di funzionamento.

PLATINOSINTETICOTM

Le principali caratteristiche

Grazie alla vasta dispersione superficiale, ed alla dimensione nanometrica delle particelle metalliche (1-4 nm) si osserva una notevole attività con basse cariche (<0,2 mg/cm2) con conseguente diminuzione dei costi ed dell’impatto ambientale

La composizione metallica del catalizzatore a base di Ni- Co-Fe può essere riformulata e adattata, per usare, con alta efficienza una vasta gamma di combustibili tra cui: etanolo, glicole etilenico, metanolo, etanolo, idrogeno e kerosene.

PLATINOSINTETICOTM

Fotografia all’ESEM delle particelle trimetalliche di PlatinosinteticoTM supportato su VULKAN, e corrispondente analisi elementare.

PLATINOSINTETICOTM

Tutte le particelle metalliche hanno la stessa composizione

PLATINOSINTETICOTM

Alla base dei risultati ottenuti da Technofil ed ICCOM vi è l’impiego di un polimero templante capace di coordinare ioni metallici in modo da formare aggregati misti.

A seguito di riduzione o trattamento termico in presenza di un materiale di supporto conduttivo, ad esempio VULKAN, vengono ridotti a particelle finemente disperse contenenti nelle quali i metalli formano una lega.

PLATINOSINTETICOTM

Le nanoparticelle di PLATINOSINTETICOTM supportate, sono caratterizzate da:

•Grande reattività nei confronti dell’idrogeno e dei composti che lo contengono in forma atomica (alcoli, zuccheri, idrocarburi ed acqua).

•Sono molto stabili, mantenendo la distribuzione originaria fino ad elevatissime temperature (> 800 °C sotto azoto).

FUEL CELL: PERCHE’ ETANOLO

• Fonte di energia completamente rinnovabile: “from nature to nature”

• Facile da trasportare e maneggiare• Non tossico: “as safe as beer”

H2: problemi di trasporto e stoccaggio

Metanolo: Tossico, limitata produzione da rinnovabile

COMBUSTIBILI FOSSILI

Milioni di anni fa…Oggi

CO2

Biomassa

Idrocarburi

Elettricità

Centrale

METANOLO COME VETTORE D’IDROGENO?

Milioni di anni fa…Oggi

CO2

Biomassa

Idrocarburi

Elettricità

Metanolo

CO2

Raffineria

ETANOLO, VETTORE RINNOVABILE D’IDROGENO!

Trattata con enzimi, trasformata in zuccheri

Dopo la fermentazione si distilla etanolo

CO2

BIOMASSA

Triturata finemente

Fuel Cell ad Etanolo diretto

RINNOVA OSSIGENO +BIOMASSA

ETANOLO: “…dalla natura alla

natura…”

Elettricità

SCHEDA TECNICA

• Elettrolita membrana polimerica a cambio anionico• Ione che promuove la reazione OH- • Temperatura 30 - 60 °C• Elettro-catalizzatore PLATINOSINTETICO®

• Combustibile alcoli, idrogeno e vari composti contenenti idrogeno in forma atomica (C-H, N-H)

• Ossidante Ossigeno atmosferico (self breathing) • Efficienza elettrica 42 - 45 %• Densità potenza accertate da 65mW/cm2 a 22°C fino a 140

mW/cm2 a 45 °C a seconda del combustibile• Singole celle monoplanari, sistemi binari e stack

SCHEDA TECNICAperformance tipica di una cella ad EtOH

con membrana a scambio anionico

CURVA DI POTENZA

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300

mA/cm2

mW

/cm

20

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

mV

POTENZA mW/cm2 TENSIONE mVTEST A CARICO COSTANTE

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400

MI NUTI

mW

/cm

2

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

mV

POTENZA mW/cm2 TENSIONE mV

Aumento dovuto ad auto-riscaldamento

Esaurimento combustibile

Facile da costruire,

osservare, comprender

eCella

mono-planare Technofil

alimentataad etanolo diretto

5%, dotata di catalizzatori

platinosintetico®,a base di ferro-cobalto-nichel

EDUCATIONAL PROGRAM

EDUCATIONAL PROGRAM

• In tutto il mondo si parla di Fuel Cell e di economia dell’idrogeno, ma sono ancora in pochi ad “avere toccato” una Cella a Combustibile ed ancor meno ad averne osservato il funzionamento in relazione alle reazioni anodiche e catodiche.

• I mass-media hanno stimolato una grande curiosità ed interesse, ed un mercato pronto ad acquistare celle a combustibile dimostrative.

• Technofil è in grado di introdurre prodotti “educational” privi di platino, a costi ridotti, e funzionanti ad alcol etilico, l’unico facilmente acquistabile nei supermercati.

SECONDA FASE COMMERCIALE

Batterie e carica-batterie per:

• Telefoni e Computer portatili • Utensili elettrici• Illuminazione e segnaletica stradale• Attrezzatura da campeggio• Biciclette elettriche e mezzi di trasporto

per disabili

Carica-batteria per telefoni portatili costituita da da due celle self-breathing (28 cm2) PlatinosinteticoTM alimentate ad etanolo

Prima generazione

Seconda generazione

PLATINOSINTETICO®

Paolo Bert

paolo.bert@technofil.com

www.technofil.com

Responsabile scientifico: Dr. Claudio BianchiniICCOM-CNR, Area della Ricerca CNR, Firenze

http://www.iccom.cnr.it/