Materiali avanzati per celle a combustibile a metanolo diretto : studio sperimentale di barriere al palladio ed elettrodi nanostrutturati

Two of the most relevant problems in direct methanol fuel cells (DMFC) are methanol crossover and high platinum require as catalyst. There are several papers about methanol crossover and trials to reduce it, we had found, through a literature study, that palladium barriers are the most interesting solution to this problem. The aim of this work is to start from this concept and develop a set of fuel cells with palladium barrier, insert into the membrane, to reduce methanol crossover. Cathode nanostructured electrode have been built, matching two deposition technologies (PLD and sputtering), to increase active catalyst surface in order to reduce platinum consumption as catalyst. The experimental analysis has been done for lots of DMFC, each of them with a different type of cathode electrode, treated changing the bench mark of the deposition process. First part results show that the most interesting barrier is the one not treated, we must increase proton conductivity in order to have better cells performances. Concerning the second part, we have demonstrated the possibility to considerably abate platinum consumption in DMFC cathodes and thank to the flexible deposition process it can be created different nanostructures that, in the long run, will allow to reach even better results.

L'elevato crossover di metanolo e la necessità di utilizzare grandi quantità di platino come catalizzatore sono, ad oggi, due importanti problematiche delle celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC). Sono presenti in letteratura studi sul crossover e sulle possibili soluzioni per ridurlo; attraverso una ricerca bibliografica è stata individuata nelle barriere al palladio la soluzione più interessante per agire su questo fenomeno di perdita. L'obiettivo del lavoro è di sviluppare delle celle a combustibile con barriera di palladio, modificando la membrana polimerica, atte a ridurre il crossover di metanolo. Per ridurre il platino utilizzato come catalizzatore sono stati ideati degli elettrodi catodici nanostrutturati, abbinando l'utilizzo di due tecniche di deposizione, PLD e sputtering, per massimizzare l'area attiva di catalizzatore. La sperimentazione è stata condotta su diverse tipologie di celle a combustibile, ognuna con un elettrodo catodico trattato variando alcuni parametri del processo di deposizione. I risultati della prima parte del lavoro mostrano che il tipo di barriera più interessante è la barriera di palladio non trattato, bisognerà migliorare la sua conduttività protonica per non penalizzare troppo le prestazione delle celle a combustibile. Invece con la seconda parte si è dimostrato che è possibile abbattere in modo notevole il quantitativo di platino presente al catodo delle DMFC e, grazie alla flessibilità del processo di deposizione, in futuro si potranno creare nanostrutture che permettano di raggiungere risultati sempre migliori.