Caratterizzazione sperimentale della degradazione temporanea e permanente nelle celle a combustibile a metanolo diretto

Performance degradation is one of the most important issues of Direct Methanol Fuel Cells (DMFC). The investigations of DMFC degradation found in literature show that degradation has both permanent and temporary contributions; the latter can be recovered after an operation interruption or ad-hoc developed procedures. Such works generally do not distinguish the two contributions and they mainly focus on single degradation mechanisms characterization; this determines a fragmentation and a lack of homogeneity on the subject. The aim of this work is to perform a systematic experimental analysis on DMFC temporary and permanent degradation through the setup of diagnostic tools and the separation of anode contribution; innovative operating strategies development allows to minimize temporary degradation in order to identify the permanent contribution. Temporary degradation is mainly due to the cathode electrode oxide formation and to the reduction of methanol and water concentration in the anode electrode due to CO2 accumulation. Permanent degradation is mainly due to structural changes of cathode catalyst. Furthermore preliminary accelerated stress tests, representative of DMFC real operation, has been designed and tested.

L’elevata degradazione delle prestazioni nelle celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC) è una delle maggiori problematiche di questa tecnologia. I lavori presenti nella letteratura scientifica mostrano come la degradazione sia costituita di una componente temporanea, che può essere recuperata tramite interruzione del funzionamento o apposite procedure, e di una permanente. Gli studi disponibili non distinguono generalmente con esattezza i due contributi, andando a concentrarsi inoltre singolarmente sui diversi meccanismi di degradazione; ciò determina frammentazione dell’argomento e mancanza di organicità. L’obiettivo del lavoro è lo svolgimento di un’indagine sperimentale sistematica sulla degradazione temporanea e permanente delle DMFC attraverso la messa a punto di strumenti di diagnostica e la separazione della componente anodica; lo sviluppo di strategie innovative di funzionamento ha permesso di minimizzare la degradazione temporanea al fine di individuare la componente permanente. La degradazione temporanea è dovuta principalmente alla formazione di ossidi sul catalizzatore catodico e alla riduzione della concentrazione di combustibile all’elettrodico anodico dovuta ad accumuli di CO2. La degradazione permanente, pare essere invece causata principalmente da cambiamenti nella struttura del catalizzatore catodico. Sono state inoltre progettate e testate procedure di degradazione accelerata preliminari rappresentative del reale funzionamento, sulla base di quanto emerso nel corso del lavoro.