Indagine dell'impedenza anodica di DMFC tramite lo sviluppo di modelli fisici

DMFCs (Direct Methanol Fuel Cells) are a promising energy conversion technology, with favorable characteristics regarding, for example, simplicity of building and fuel management. Nonetheless, they are affected by several problems that hinder their rise as a commercial reality. One of the most important ones is a sluggish methanol oxidation reaction kinetic at the anode, which inhibits the achievement of high performances and forces to employ high catalyst loads. The EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) is a measurement technique capable of giving precious information on DMFC operating mechanisms; sadly, the extreme complexity of this systems doesn't allow a clear and quick interpretation of the results, so the mathematical modeling activity is a key activity to provide a solid and consolidate understanding of the measured data. A model capable of reproducing experimental spectra measures and features, validates the hypotheses on which it is built and offers the opportunity to indicatively evaluate quantities whose measurement would be otherwise highly impractical, i.e. the kinetic parameters. In this thesis, new methods will be developed with respect to the previous works on the topic, aiming to the implementation of EIS models showing a novel, high descriptivity of certain features of the experimental anodic spectra.

Le DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) costituiscono una tecnologia promettente nel campo della conversione energetica, con caratteristiche vantaggiose per quanto riguarda, per esempio, semplicità di costruzione e gestione del combustibile. Tuttavia, esse sono affette da alcune problematiche che ne rallentano lo sviluppo commerciale. Una delle più importanti è una cinetica della reazione anodica di ossidazione del metanolo piuttosto lenta, che compromette la possibilità di ottenere prestazioni elevate e costringe all'impiego di alti carichi di catalizzatore. La EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) è una tecnica di misura in grado di fornire informazioni ed indicazioni importanti sul funzionamento della DMFC; tuttavia, l'estrema complessità di funzionamento non consente una interpretazione chiara e immediata, per cui un'attività rivolta allo studio di modelli matematici che le descrivano è un componente chiave per ambire ad una comprensione adeguata. Modelli che riescano a riprodurre le misure e le caratteristiche sperimentali, offrono una controprova della bontà delle ipotesi teoriche su cui si basano, nonchè l'opportunità di produrre stime riguardanti quantità la cui misura sarebbe difficoltosa, come i parametri cinetici. In questa tesi si implementeranno nuove soluzioni rispetto ai lavori precedenti sull'argomento, per arrivare a modelli EIS che dimostrino una descrittività inedita nei riguardi di determinate caratteristiche degli spettri anodici.