Preparazione, caratterizzazione e valutazione della durabilità di gas diffusion media per celle a combustibile a membrana polimerica (PEMFC)

L’attività di ricerca svolta in questo lavoro di tesi, in una prima parte, è stata focalizzata sulla realizzazione di un componente, il Gas Diffusion Medium (GDM), delle celle a combustibile a membrana polimerica, ritenuto cruciale per il corretto funzionamento del dispositivo stesso. Tra gli obiettivi perseguiti vi era innanzitutto l’ottenimento di inchiostri stabili nel tempo, che permettessero quindi la deposizione di strati microporosi (MPL) riproducibili e uniformi; questo step è in effetti un prerequisito fondamentale per lo “scale-up” dalla scala di laboratorio ad una scala pre-industriale. In secondo luogo, si è cercato di ottimizzare la formulazione allo scopo di massimizzare le prestazioni della cella a combustibile. Successivamente si è individuato il GDM più performante, e lo si è sottoposto a test di invecchiamento accelerato sia di tipo chimico che meccanico per 4 settimane (circa 600 ore). Sulla base sia di lavori precedenti, sia della letteratura scientifica e brevettuale consultata, si è utilizzato come polimero idrofobizzante il FEP, che a differenza del PTFE, richiede minori quantitativi nella soluzione (1% in peso in soluzione acquosa in questo lavoro di tesi) con un notevole risparmio economico e l’ottenimento di GDM più idrofobici. Nella seconda parte è stato introdotto l’utilizzo della CarbossiMetilCellulosa (CMC), in aggiunta ai componenti presenti nell’inchiostro cosiddetto “standard” (FEP, acqua distillata, alcool isopropilico, nerofumo) con l’obiettivo di migliorarne complessivamente le prestazioni in cella. I campioni sono stati testati in cella a una temperatura di 60°C e in quattro condizioni di umidità diverse. Le prestazioni della cella così realizzata sono state quantificate mediante le curve di polarizzazione (I-V) e di potenza (I-P). Inoltre, per avere una più completa comprensione del fenomeno elettrochimico, si è fatto ricorso anche alla spettroscopia di impedenza (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS). E’ stata quindi eseguita una caratterizzazione morfologica completa, corredata di analisi microscopiche SEM, misure di angolo di contatto sui singoli GDM.