Degradazione di una cella a combustibile a metanolo diretto : analisi del recupero delle prestazioni

Direct methanol fuel cells (DMFC) are one of the most interesting and promising technologies thanks to the easily stored liquid fuel feeding to the system. One of the most critical issues that hinders the commercialization is represented by their short lifetime due to high degradation rate and low reliability. DMFC degradation is investigated in literature where it is pointed out the presence of two components: one permanent and one temporary than can be recovered. The aim of this work is to realize a preliminary analysis of the degradation in order to understand which are the most influence factors and to evaluate which conditions minimize performance loss. A parametric characterization of DMFC performance has been carried out varying the operating parameters as well as analyzing the mass transport phenomena and the electrochemical impedance spectroscopy (EIS). In order to study apart the effects due to anode and cathode side, two different experimental stations have been used, one in overall configuration and one in anode configuration. Temporary degradation component is analyzed through several experimental tests and possible reasons are investigated focusing on the issues due to mass transport phenomena; particularly it is believed that the anode temporary degradation is strongly influenced by carbon dioxide bubbles accumulation. The results provided by the experimental tests allow to understand the refresh procedure and the current density influence on the temporary degradation, confirming the critical issue of the CO2 accumulation on the anode electrode. Moreover, the on-off procedure benefit is studied on the DMFC performance coherently with the literature.

La tecnologia delle celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC) è una delle più interessanti e promettenti grazie alla possibilità di alimentare al sistema combustibile liquido facilmente stoccabile. Una delle maggiori problematiche che ne ostacolano la commercializzazione è rappresentata dalla loro limitata vita utile a causa dell’elevata degradazione e della scarsa affidabilità. La degradazione delle DMFC è investigata in letteratura dove si evidenzia la presenza di due componenti: una permanente ed una temporanea che può essere recuperata. L’obiettivo del presente lavoro è lo svolgimento di un’analisi preliminare della degradazione per cercare di comprendere quali siano i fattori che la influenzano maggiormente e valutare quali condizioni permettano di minimizzare la perdita di prestazione. È stata eseguita una caratterizzazione parametrica delle prestazioni della DMFC mediante la variazione dei parametri operativi analizzando anche i fenomeni di trasporto di materia e le spettroscopie di impedenza (EIS). Per poter studiare separatamente gli effetti causati da anodo e catodo, si sono adoperati due differenti impianti sperimentali, uno operante in funzionamento galvanico e uno in configurazione anodica. Attraverso una serie di prove sperimentali si è analizzata la componente temporanea della degradazione e si sono indagate le possibili cause, soffermandosi sulle problematiche dovute a fenomeni di trasporto di massa; in particolare si ritiene che la degradazione temporanea all’anodo sia fortemente influenzata da fenomeni di accumulo di bolle di biossido di carbonio. I risultati forniti dalla campagna sperimentale hanno permesso di comprendere l’influenza della procedura di refresh e della densità di corrente sulla degradazione temporanea, confermando la criticità degli accumuli di CO2 sull’elettrodo anodico. Inoltre, si è studiato l’effetto positivo fornito dalla procedura di spegnimento-accensione sulle prestazioni di una DMFC coerentemente con quanto già osservato in letteratura.