Sviluppo di un sistema di misura innovativo con cella a combustibile segmentata

A severe performance degradation is one of the main technological issues hindering the Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) commercialization. Literature presents several works that report the different DMFC degradation mechanisms investigation, such as catalysts dissolution or ruthenium crossover; strong heterogeneities are highlighted in the different DMFC degradation mechanisms evolution regarding both the different components (electrodes, membrane) and reactants inlet/outlet sections. For this reason, a macro-segmented DMFC has been designed and developed with the goal of the performance of same electrochemical techniques available for single cell applications, already consolidated at MRT Fuel Cell laboratory, and gas-chromatographic analyses on each segment. An experimental methodology for the analysis of each single cell operation during both the degradation tests and the electrochemical diagnostic tools performances has been preliminary carried out; it consists in the development of both software control and hardware tools that have been tested on two DMFC in fluid-dynamic series. Finally the macro-segmented DMFC, including each component specifications, is designed in order to increase the DMFC degradation heterogeneities comprehension allowing the comparison with the experimental results obtained in previous works performed in the laboratory.

L’elevata degradazione delle prestazioni è una delle principali problematiche che ostacolano lo sviluppo e la commercializzazione delle celle a combustibile a metanolo diretto. Numerosi lavori presenti in letteratura hanno studiato i diversi meccanismi di degradazione, tra i quali dissoluzione del catalizzatore e cross-over di rutenio, mostrando come vi siano forti eterogeneità nell’evoluzione dei diversi meccanismi all’interno delle DMFC sia riguardo ai componenti (elettrodi, membrana) che nelle sezioni di ingresso/uscita dei reagenti. Per questo motivo si è deciso di progettare e sviluppare una DMFC macro-segmentata che consenta di eseguire le stesse tecniche elettrochimiche disponibili per applicazioni su single cell, già consolidate presso il laboratorio MRT Fuel Cell, e analisi gascromatografiche sui singoli segmenti. Si è inizialmente provveduto a definire una metodologia sperimentale che consenta di analizzare il funzionamento di ogni singolo segmento durante le prove di degradazione e durante le tecniche di diagnostica elettrochimica, mediante lo sviluppo sia di strumenti software per il controllo che hardware che sono stati testati su due DMFC messe in serie fluidodinamica. Infine è stata progettata la macro-segmented DMFC in ogni suo componente con l’obiettivo di incrementare la comprensione delle eterogeneità nella degradazione delle DMFC mantenendo la confrontabilità con i risultati ottenuti in precedenti lavori svolti presso il laboratorio.