Barriere di palladio per celle a combustibile a metanolo diretto : riduzione del crossover e dello spessore di membrana

Direct Methanol Fuel Cell technology emerges among the traditional Polymeric Fuel Cells (PEM) for higher energy density and easier and safer fuel storage. On the other side has high performance’s losses due to anodic kinetics and methanol crossover. The latter negatively affects DMFC’s performances and efficiency. The purpose of the present work is to develop a Nafion-Palladium composite membrane in order to block methanol crossover while granting the best proton conductivity available. In the first part of this work, the effect of a different, thinner electrolyte is investigated. Performances and crossover of Nafion ® XL (to date the state of the art for hydrogen PEMFC), in comparison with the traditional Nafion ® 115. In the second part, palladium thin films are fabricated on Nafion® XL by means of Pulsed Laser Deposition (PLD) and DC sputtering. Their performances and crossover are evaluated in single cell configuration, followed by in-situ permeation tests and ex-situ characterization on the material (SEM, XRD).

La tecnologia delle celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC) si contraddistingue all’interno delle tradizionali celle a combustibile polimeriche (PEM) grazie alla maggiore densità di energia e al più facile e sicuro stoccaggio del combustibile. D’altro canto soffre di perdite di prestazione dovute alla cinetica anodica e al crossover di metanolo. Quest’ultimo costituisce una delle più importanti problematiche che incide negativamente sia sulle prestazioni che sull’efficienza. Il presente lavoro si pone l’obiettivo di sviluppare una membrana composita Nafion®-Palladio in grado di bloccare il crossover ma al contempo di offrire la migliore conduttività protonica. Nella prima parte verrà indagato l’effetto dello spessore di membrana e valutate le prestazioni e il crossover di un diverso tipo di elettrolita (Nafion® XL, più sottile, ormai allo stato dell’arte nelle PEM) confrontandola con quella tradizionale (Nafion® 115). Nella seconda parte, invece, sono stati realizzati film sottili di palladio su Nafion® XL sia per Pulsed Laser Deposition (PLD) che per DC Sputtering: la loro caratterizzazione è avvenuta in configurazione a cella singola e corredata di misure in-situ di permeazione al passaggio di gas; ex-situ, indagando le proprietà dei materiali (SEM, XRD).